Küünlaleek
Joonis 4.12

Kuidas küünal põleb, see tähendab, kuidas see oma põletusainet tarbib? Miks on küünlaleegi valgus peamiselt kollane ja miks on leegi äärtes tavaliselt sinised alad (joonis 4-12)? Miks on küünlatahi ja leegi kollase osa vahel tume koonus? Miks mõned küünlad suitsevad, teiste leek aga võbeleb? Miks on leegi tekitatav tahm must, aga vahetult pärast kustutamist eraldub küünlast valget auru?

Vastus Küünla vahajas põletusaine on kas parafiin või steariin (steariinhape) või nende kahe segu. Vaha püüab kinni küünlaleegist kiirguva soojuskiirguse, mille tulemusena see sulab ja muutub vedelaks. Vedelik liigub kapillaarjõu mõjul mööda tahti üles (see tähendab, et tahi haakuvad molekulid tõmbavad enda poole vedeliku molekule, need aga tõmbuvad üksteise poole). Mööda tahti üles roniv vaha aurustub leegi tekitatud kuumas keskkonnas ja kandub kuumade gaaside voolu (konvektsiooni) mõjul üles ja tahist eemale.

Mõned aurustumise käigus vabanenud süsivesinikud liiguvad vahetult tahi kohal asuvasse tumedasse koonusesse, kuid need pole seejuures tõenäoliselt kuumemad kui umbes 600–800 °C. Süsivesinike põlemiseks on vaja hapnikku, kuid see tuleb õhust ja peab segunema leegiga. Keskel asuvasse tumedasse alasse seda eriti ei jõua. Madalal temperatuuril ja hapnikuvaeses keskkonnas ei kiirga tumeda koonuse alasse jäävad süsivesinikud valgust, sest nad ei põle.

Mõned süsivesinikud kantakse leegi äärealale sinistesse aladesse, mida nimetatakse reaktsioonialadeks. Seal reageerib rikkalik kogus hapnikku süsivesinike molekulidega, murdes need väiksemateks molekulideks ja tekitades leegi kõige kuumema osa. Väikseimad molekulid on molekulaarne süsinik C2 ja süsivesinik CH. Kui need molekulid tekivad ergastatud olekus, siis nende ergastus kaob kiiresti ja seejuures kiirgavad need teatud lainepikkusega valgust. Enamik heleda valguse lainepikkusest jääb spektri sinisesse alasse nähtavuse piiri juurde, mistõttu näemegi küünlaleegi äärealasid sinistena. (Pimedas toas võib küünlaleeki ümbritseda ähmane halo. Selle halo põhjuseks on aga leegi poolt kiiratava valguse hajumine silmas. Kunstnikud armastavad seda halo sageli nähtavamaks maalida, kujutades maalil küünlaleegist eemaldumas lühikesi lainelisi jooni.)

Leegi kollasesse osasse tõusvad süsivesinikud moodustavad väikeseid tahkeid süsinikuosakesi, mis seejärel hapniku mõjul ära põlevad. Osakesed muutuvad nii kuumaks, et hakkavad hõõguma, eraldades kollast valgust, mis ongi küünlaleegis domineeriv.

Kui küünlaleegi kollasesse alasse sisenevate süsivesinike hulk ja nende põlemise hulk kattuvad, on küünlaleek suitsuta. Kui aga süsivesinike juurdevool on liiga suur (näiteks kui taht on liiga lai), võib leek suitsema hakata. Eraldub suits, mis sisaldab mittetäielikult põlenud süsivesinikke. Kui asetada küünlaleeki kirjaklamber, takistab see põlemist ja selle tulemusena hakkab eralduma tahm, mis koguneb kirjaklambrile.

Kui kütteaine juurdevoolu kiirus ja põlemise kiirus ei kattu, võib leek kas lihtsalt kustuda või hakata võbelema. Leek kustub, kui see ei sulata piisavalt vaha või kui piisavalt vaha ei jõua kapillaartegevuse tulemusena tahti mööda üles, et leeki toita. Leek võbeleb, kui leegi ja vedela vaha vahele tekib tagasisidemehhanism. Oletame näiteks, et leek lööb loitma ja selle tulemusena suureneb ka vedelale vahale mõjuv soojuskiirgus. Kui taht piisavalt kiiresti seda täiendavat vaha endasse ei ime, saab tahi tipus olev põletusaine otsa ja leek tuhmistub. Kui täiendav vaha viimaks tahi tippu jõuab, siis lööb leek taas loitma ja kogu protsess kordub.

Küünla kustutamiseks tuleb puhuda nii kaua, et eemaldada mitte ainult leegi kollases osas olevad hõõguvad süsinikuosakesed ja sinises osas hapnikuga reageerivad osakesed, vaid ka vahetult tahi otsast aurustuvad süsivesinikud. Tegelikkuses jätkub küünla kustumise järel süsivesinike aurustumine mõnda aega, kuid enam ei moodustu süsinikuosakesi ega toimu põlemist. Kui need jääksid üksikuteks molekulideks, siis me neid tõenäoliselt ei märkaks, kuid kokku kleepudes hajutavad nad piisavalt valgust, et paista tahist tõusva hägusa valge joana.