Tämä naarmuuntuva teräsvilla, jolla puhdistat likaiset pannusi, on muutakin kuin ahkeraa; se on aivan upeaa, kun se sytytetään tuleen, kuten Reddit-käyttäjä ChazDodge osoitti hiljattain julkaistulla videollaan, joka saa langanlaihaisen, palavan nukan näyttämään Krypton-planeetan kuolemalta.
Vaikka kyseessä ei ole ydinketjureaktion aiheuttama räjähdys – à la Krypton – palavan teräsvillan synnyttämä valoshow on seurausta nopeasta hapettumisesta.
Näin se toimii: Aina kun jokin palaa, tapahtuu hapettumista. Se tarkoittaa, että atomi, molekyyli tai ioni menettää yhden tai useamman elektronin. Esimerkiksi ruoste syntyy, kun happi osuu rautaan, ja prosessissa rauta menettää elektroneja ja muodostaa rautaoksidia. Ruostuminen on hidas versio Reddit-postauksessa nähdystä reaktiosta, jossa teräsvillan muodostavat palavat (hapettuvat) metalliliuskat.
Silti käytämme ruostumattomasta teräksestä (joka sisältää rautaa) valmistettuja keittiövälineitämme odottamatta, että ne syttyvät liekkeihin eksyneen kipinän takia. Mistä se johtuu?
Syy siihen, että rautalohko, kuten ruokailuväline, ei syty tuleen, on se, että pinta-ala on tilavuuteen nähden pieni, Jason Benedict, Buffalon yliopiston kemian apulaisprofessori, kertoi Live Science -lehdelle. Ruostuva rauta itse asiassa tuottaa jonkin verran lämpöä reaktiossa, mutta se on hyvin pieni määrä. Lisäksi suuri rautalohko voi absorboida ja haihduttaa suuren osan tästä lämpöenergiasta ennen kuin lohkon lämpötila nousee. (Tämän vaikutuksen voi nähdä metallilusikan kuumentuessa, kun sekoitetaan kiehuvaa pastaa – pieni lusikka kuumenee hyvin nopeasti liian kuumaksi, jotta sitä voisi pitää kädessä, kun taas isompi lusikka kestää kauemmin).
Teräsvilla sen sijaan on tehty monista ohuista säikeistä, joten paljon enemmän rauta-atomeja on kosketuksissa ilman hapen kanssa. Kun lisäät lämpöä (kuten liekistä), lisäät rautaan energiaa, ja se saa raudan todennäköisemmin reagoimaan muiden alkuaineiden kanssa.
”Kun lisäät lämpöä, voitat energiaesteen, jotta reaktio tapahtuisi nopeammin”, Benedict sanoi. Kun reaktio lähtee käyntiin, ja koska se tuottaa itse lämpöä, se lämmittää viereisiä atomeja. Rautalohkossa lämpö haihtuu moniin muihin rauta-atomeihin. Mutta ohuessa rautakuidussa on vähemmän kiinteää materiaalia imemässä sitä (ilma imee lämpöä, mutta paljon tehokkaammin kuin kiinteät aineet), joten se jatkaa palamista. Palamisen tuotteena syntyy ruostetta eli rautaoksidia, aivan kuten puun palamisen tuotteena syntyy mustaa tuhkaa (eli hiiltä).
Kosketus hapen kanssa on ratkaisevaa sen kannalta, kuinka nopeasti ja kuinka kuumana teräsvillan sisältämä rauta palaa – puhtaassa happiympäristössä liekit palavat paljon kuumempina, ja rauta palaa nopeammin. (Vaikka teräsvilla on usein muiden kemikaalien – esimerkiksi saippuajauheen – peitossa, vain rauta palaa ja sekoittuu hapen kanssa).
Ailmassa on vain noin 20 prosenttia happea, joten palaminen tapahtuu eräänlaisella puolinopeudella, joka näyttää sarjakuvan dynamiittisytytyslangalta. Näin tapahtuu videolla – happea on tarpeeksi polttaakseen rautaa, mutta ei tarpeeksi saadakseen sen syttymään liekkeihin kerralla. Jälleen kerran voidaan vetää analogia puun kanssa: Jos puhallat pieneen liekkiin, ylimääräinen happi saa puun palamaan nopeammin, kun taas jos suljet vanhanaikaisen puuhellan tuuletusaukot, tuli sammuu hehkuvaksi hiillokseksi ja palaa hitaammin.
Tämän vuoksi myös jauhemaiset metallit palavat helposti ja siksi niitä käytetään hitsauksessa. Termiitti on hyvä esimerkki – termiitti on rauta- ja alumiinijauheen seos, joka tarpeeksi kuumennettuna alkaa reagoida hapen kanssa ja palaa korkeassa lämpötilassa – tarpeeksi sulattaa metallia ja hitsata. Termiittiä esiintyy myös itsenäisyyspäivänä – se on ainesosa aineessa, jolla päällystetään tuikkukynttilät.
Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli päivitettiin ilmoittamaan, että hapettumisessa on kyse elektronien menettämisestä, ei hapen saamisesta, kuten aiemmin väitettiin.
Originaalijulkaisu on julkaistu Live Science -lehdessä.
Uudemmat uutiset