化學示範實驗：吹不熄蠟燭的製作（How to Make Magic Relighting Candles）［II］

Posted on 2011/08/02 in 化學, 化學教育, 化學與社會 with 沒有迴響 22,441 views

化學示範實驗：吹不熄蠟燭的製作（How to Make Magic Relighting Candles）［II］
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

原理和概念

● 蠟燭燃燒與熄滅：火柴燃燒的熱，熔化少量的固體蠟而形成液體的蠟油，然後藉由毛細作用，沿著棉芯上升。接著蠟油氣化，蠟蒸氣與上方的氧氣發生燃燒反應，產生火燄。當對蠟燭大力地吹氣時，由於溫度瞬間降低（溫度是燃燒的三要素之一），並且吹散可燃物（蠟蒸氣），因此蠟燭的火焰熄滅了。

● 「吹不熄的蠟燭」復燃的原理：當此蠟燭燃燒時，蠟蒸氣與氧氣發生燃燒反應，而且鎂金屬與氧氣亦發生氧化還原反應，此二反應都是大量放熱反應。當吹熄蠟燭時，雖然蠟燭熄滅了，但是燭芯上的鎂粉仍處於高溫的狀態，造成鎂金屬發生氧化反應而放出熱與光（有火花出現），此熱足以使固體蠟燭熔化和氣化，並且提供蠟燭燃燒的活化能，接著蠟燭再度復燃。

● 蠟燭由石蠟（paraffin wax）製造而成，石蠟是指烷烴（alkanes）的混合物，其通式為C_nH_2n+2，20 ≤ n ≤ 40。石蠟為白色、無臭、無味、蠟狀固體，具有典型的熔點約47-64℃。石蠟完全燃燒的反應如反應式[1]、[2]和[3]所示：

2C₂₀H₄₂ + 61O₂ → 40CO₂ + 42H₂O + heat [1]

C₂₅H₅₂ + 38O₂ → 25CO₂ + 26H₂O + heat [2]

2C₃₆H₇₄ + 109O₂ → 72CO₂ + 74H₂O + heat [3]

● 金屬鎂（magnesium）在空氣中燃燒形成氧化鎂（magnesium oxide），這是一個有趣的氧化還原反應，因為此反應呈現燃燒的金屬，也產生不少的白色強光，而且其燃燒的白色產物亦可見到，其反應如反應式[4]所示：

2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s) + heat + light [4]

● 鎂在氧氣中燃燒的標準反應焓（△H°），亦即氧化鎂的標準形成焓（△H°_f）之文獻值為-601.6 kJ/mol。反應式[4]可以改寫為反應式[5]。

2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s) + 1203.2 kJ/mol [5]

教學提示

● 此示範實驗的教學可以融入燃燒三要素、蠟燭燃燒、鎂燃燒、鎂氧化、燃燒反應、放熱反應、活化能等概念，以及蠟燭燃燒與熄滅、「吹不熄的蠟燭」復燃的原理在化學教學之中。

● 黏著燭芯和鎂粉可用甘油或PVA膠水。若僅靠蠟的黏著力，當蠟熔化後，吸附的鎂粉會沿燭芯往下滑落到蠟油的底部，造成上半部的燭芯所沾鎂粉量變少，而難以使「吹不熄蠟燭」復燃。然而使用PVA膠水當作黏著劑，會造成燃燒不完全，有大量積碳，復燃效果差。經過測試，使用甘油當作黏著劑，復燃效果較好而且較無碳黑產生。

● 鎂粉的塗抹宜薄而且均勻；塗抹太多易結塊，反而不利復燃。

● 若欲使用「吹不熄的蠟燭」於生日場合，則白色蠟燭宜加入紅色或其他油性色素。

● 蠟燭吹熄後，亦可於燭蠟上方的煙霧處點火，即可觀看火焰沿煙霧的軌跡方向下向復燃，由此可證明蠟燭的燃燒，其實是蠟蒸汽的氧化的結果。

● 示範實驗宜在通風處進行，並且旁邊有滅火設施。

● 提醒示範者：現場演示示範實驗所展現的變化現象的臨場感，以及激發互動討論的教學效果，比單純的播放影片好很多。

● 這個示範實驗剩餘的藥品和器材可再次使用，最好裝在一個標示「吹不熄的蠟燭」或放在相似主題的置物箱中備用，方便上課之用。

問題與參考答案

1. 觀察蠟燭燃燒時，火焰上半部份與下半部顏色有何差異？
答：火焰上半部的顏色呈現亮黃色，下半部的焰色呈現淡藍色。從焰色的角度來看，亮黃色的產生應該是碳的氧化，產生二氧化碳；淡藍色的產生應該是氫的氧化，產生成水。

2. 若無燭芯，打火機可以點燃蠟條或果凍蠟嗎？
答：打火機很難點燃蠟條（或果凍蠟），因蠟燭的燃燒是蠟蒸氣的氧化作用，若無燭芯，則熔化的蠟油無法藉由毛細作用上升，進而氣化，造成「局部」的蠟蒸氣，處於高濃度的狀況，蠟條當然不易點燃。

3. 蠟燭火焰為何會被吹熄，沾鎂粉的蠟燭為何會復燃？
答：當對蠟燭吹氣時，會有兩種效應產生：一是可燃物蠟蒸汽的溫度下降，二是蠟蒸汽被氣流吹散，無法集中在局部的小區域，濃度下降，不利蠟燭的燃燒。然而鎂粉的燃燒是屬於固體的氧化作用，吹氣並不影響此反應的過程，鎂粉仍然處於高溫的狀態，而與空氣中的氧氣反應而放出熱和光，持續融化固體的蠟，並氣化再復燃。

安全

● 製作及演示時，最好戴手套和安全眼鏡。
● 燭芯沾黏鎂粉的過程，務必不可加入強氧化劑，否則極易發生嚴重的爆炸反應。進行適當的風險評估是老師的責任。

廢棄物處理

● 演示後的殘蠟為可燃物，可回收再使用。沾鎂粉的燭芯亦可回收再使用。

參考資料

1. How to Make Candles That Can’t be Blown Out, http://www.ehow.com/how_4489575_ … .html#ixzz1Sz86AGTj.
2. How do trick birthday candles work? http://science.howstuffworks.com … ons/question420.htm.
3. Paraffin, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Paraffin.
4. Magnesium monoxide, NIST Chemistry WebBook, http://webbook.nist.gov/cgi/cboo … =2#Thermo-Condensed.
5. 吹不熄的蠟燭，屏東女中，第四十屆中小學科展作品，http://science.ntsec.edu.tw/ezfi … 2_5494942_75490.pdf。
6. 阿條老師的easy理化教室，http://www.tkgsh.tn.edu.tw/教學資源/理化科/htmmagic/firefire.htm。
7. 吹不熄的蠟燭，youtube，http://www.youtube.com/watch?v=LCVHyO6F-8E。