ろうそくはなぜ燃え続けるの?簡単に解説!

2018年9月8日身の回りの科学

いよいよクリスマスが近づいて参りました。

クリスマスと言えば七面鳥に、クリスマスツリー、イルミネーション、雪だるま!

あとはケンタッキー!!??

様々なイメージを思い浮かべると思います。

その他にも、絶対に忘れてはいけない物がありますよね!

そうです!

クリスマスケーキです!!

なんといってもクリスマスにはクリスマスケーキは外せません。

そして、このケーキを美しく灯す『ろうそく』も忘れてはいけませんよね。

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よね。

今回の主役はろうそくです!

そんなケーキには絶対に欠かせないろうそくですが、想像をこえるくらい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。

途方もないくらい、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。

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?

今回はろうそくの科学です。

1.ろうそく

一番身近なろうそくは、石油から作られる、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言い、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ね。

がんばってミツバチが作ったろうを人間が利用し、ろうそくを作っているというわけですね!

みつばちと人間の関係も非常に興味深いわけです。

また、木ろうはウルシ科の植物から作られます。

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。

いきなり真ん中の硬い部分に火をつけようとする人はいませんよね(笑)

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るので、うえに上がっていくのです。

管が細いことも重要ですが、液体の表面張力、ぬれかた、濃度にも左右されます。

水に糸を垂らせば上がってくるのもこれと同じです。

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。

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)となります。

それは、ろうは炭素(C)と水素(H)からなる炭化水素なので当然ですよね?

ろうそくは直接ろうに火が付いていないのになぜ燃えるのか?

それは、ろうそくはろうが熱で液体となり、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。

通りで直接燃えていないのに、どんどんろうが減っていくわけです!!

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います。

その炎は3つに分けられ、内側から炎心、内炎、外炎と言われてます。

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.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、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一部を冷やし固める効果があります。

液体になったろうの外側を固めてくれているのです!

これによってろうそく上部にくぼみができ、液体のろうがたまるのですね。

このような現象は簡単に確認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。

アルコールランプを使い、この上昇気流を利用すれば上から菌も落ちてこないので、簡易的な無菌操作もできます。

もちろん研究室や研究所では、クリーンベンチなどの無菌操作専用の機械を使っていますが。

5.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。

なので、クリスマスケーキを買ったときには、たくさんろうそくも買いましょう!

そうすれば、たくさん実験ができますね!

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。

このような技術がはるか昔から存在し、使われてたと思うとなんだか不思議な気持ちになりますね。

最初にろうそくを作った人は本当にすごい!