ろうそくはなぜ燃え続けるの?簡単に解説!

2020年4月5日身の回りの科学

ろうそくは暖かい光で私たちとケーキを照らしてくれます。欠かすことのできない必需品です。

ということで、今回の主役はろうそく。ろうそくには古い歴史があります。

なんと、古代エジプト時代以前から使われていたそうです。

はるか昔から私たちを温かい光で包み混んでくれていたわけですね。

また、日本には奈良時代に中国から輸入されて初めて使われたそうです。

日本でもそんな昔から!すごいですよね!

ここでみなさんが想像するスタンダードなろうそくは、円柱形の固体のろうに、そこから延びる一本のひもの芯ではないでしょうか?

まさにTop画のようなろうそく。

芯に火を着ければ、ろうそくは燃えだします。

しかし、ここで不思議に思う方がおられるかもしれません。

直接ろうに火は触れていないのに、ろうは減っていき、なぜ燃え続けることができるのでしょうか??不思議に思いませんか?

実はろうそくの中にはたくさんの科学が詰まっているんです。今回はそんなろうそくについて解説していきましょう。

1.ろうそく

一番身近なろうそくは石油から作られ、石ろうと呼ばれるパラフィンとステアリン酸からできています。

パラフィンとは炭素原子の数が20以上の炭化水素の総称をことであり、ステアリン酸は動物や植物から得られる脂肪酸です。

ろうそくが石油からできるようになったことで私たちにとってろうそくがとても身近なものとなりました。

それまでは蜜蝋や木ろう作られていましたが、たいへんコストかかってしまうので、今では蜜蝋や木ろうから作られたろうそくは減っていき高級ろうそくとして扱われています。

もちろん、蜜蝋や木ろうから作られたろうそくは高いけれど良い点もあります。

石油から作られるろうそくは燃えた時、プラスチックが燃えた時のような独特のにおいを発してしまいます。

しかし、蜜蝋や木ろうでできたろうそくは燃えてもこの独特のにおいは発生しません。

なので今でも高級ろうそくとして売れているわけですね。

ちなみに、蜜蝋とは、ミツバチの巣から得られたろうのことです。

ミツバチは自らの体内でセロチン酸やパルミチン酸ミリシルを合成し、唾液と混ぜ、適度な硬さにすることであの立派な巣を形成しているのです。

セロチン酸やパルミチン酸ミリシルも同じく炭化水素の脂肪酸ですが、ステアリン酸とは構造が違います。

この違いでにおいがあるか無いかが決まっているわけです。

また、木ろうはウルシ科の植物から作られており、こちらも脂肪酸で主としてパルミチン酸からできています。

このように実はろうそくにもいろいろな種類があるというわけです。

では、このろうそくはどうやって燃えているのでしょうか?

2.ろうそくが燃える理由

まず、ろうそくに火を灯してみましょう!つまり芯の糸の部分に火をつけるということです。

すると、火に近い上部の部分が溶け始めるはずです。

溶けたろうは芯を毛細管現象で芯を登っていき火までたどり着くのです。

毛細管現象とは、液体に管を入れた時に上に上がってくる現象のことを言います。

管が細ければ細いほど力は強くなり、その上がり具合は液体の表面張力、ぬれかた、濃度にも左右されます。

例えば水にタオルを一部つけているとどんどん上がってくるのがこの現象です。

そして、このようにしてたどり着いたろうは火の熱により気体となります。

次に気体になったろうはさらに火の熱により分解され、酸素と結びつき燃えます。

ろうは酸素と結びつくことで二酸化炭素(CO₂)と水蒸気(H₂O)となりるのです。

ここまでをまとめると、ろうそくはろうが熱で液体となり、毛細管現象により火のところまでいって気体になって燃えるというわけです。

ろうそくはこれを繰り返すことで燃え続けることができるということです。

また芯が焦げて無くなってしまわないのは常にろうが供給されているから。本体が直接燃えていないのにどんどんろうが減っていくんですね。

3.ろうそくの炎

ろうそくの炎は外側へ行けば行くほど熱くなっており、その炎は3つに分けられ、内側から炎心、内炎、外炎と分けられます。

内炎では燃えるための十分なろうはありますが、内側なので結びつく酸素が少なくなっています。

そのせいで、温度が必然的に低くなってしまうわけです。

当然、中心から外へ向かえば酸素の量も多くなります。

外側では激しく酸素と結びつく、つまり激しく燃えるので外側の炎の方が温度が高くなるのです。

4.ロウソクの炎

ロウソクの炎は意外と複雑です。炎の色をよく見て下さい。どんな色をしていますか?

おそらくすべて同じではありません。

先ほども言いましたように外側は空気に面しているので酸素によって激しく燃えています。

そのため、表面は青色の光を出しているのです。このことが顕著にわかるのが、ロウソクの下側。

上昇気流によって、空気がたくさんくるので、下側は青く光っています。

ではなぜ、全体的に見ると青色ではないのか?

それは、たくさんの炭素の微粒子が、白熱球のフィラメントのように光り輝いているからです。

だから、全体的には黄色~橙色に見えるというわけですね。

例えば、ガスコンロの火なんかはもともと酸素が含まれているので、全体的に青く光ることができるのです。

また、炭素の微粒子ができる理由というのは今のところ、十分にわかっていないというところもろうそくの魅力の一つです。

5.上昇気流

ろうそくが燃え続けることができるのには、ろうが溶けて常に供給されていること以外にもう一つあります。

それが炎によって生み出された「上昇気流」です。

これはアルコールランプなどの火をつけた場合も同じことが起こるのですが、当然、火が燃えれば周りの酸素は少なくなりますよね。

しかし、火は消えることなく燃え続けています。一体なぜでしょう。

その答えこそが上昇気流が起きているからということです。

空気は温められることで比重が小さくなります。

簡単に言うと、空気が火で温められることでもっと動きたい!ってなるので、そこの密度が下がるわけです。

すると、その空気は比重が軽いので上へといきます。

空気が上へと行くと、今度は同時に下から新しい空気がやってくるので、気流が起きるというわけです。

この気流を起こすことで、新たに酸素を供給できるわけですね。

また、この上昇気流には液体になったろうの外側の部分を冷やし固める効果があります。

これによってろうそく上部にくぼみができて液体のろうがたまるのです。

このような上昇気流の観察は簡単にすることができます。ろうそくを上下が空いた円柱でつつみ、せんこうなどの煙が出るものを下にかざします。

すると、煙は円柱の下から吸い込まれていくのです。

6.さいごに

ろうそくを使えばいろいろな実験をすることができますよね。

かつてファラデーがクリスマスに行った『ロウソクの科学』では様々な実験とともに科学の楽しさを学ぶことができます。

当ブログでも紹介していますので合わせて読んでみて下さい⇩。

ただし、火を扱った実験は大変危険ですので、十分注意してくださいね。

<ろうそくの科学>
150年前、ファラデーは大衆向けにロウソクを題材に講演を行いました。

いつまでも輝き続ける『ロウソクの科学』とは?