Dat krassende staalwol waarmee je je vieze pannen schoonmaakt, is meer dan hardwerkend; het is absoluut schitterend wanneer het in brand wordt gestoken, zoals Reddit-gebruiker ChazDodge liet zien in een recente video waarin het pezige, brandende pluisje lijkt op de dood van de planeet Krypton.
Hoewel het geen explosie is die wordt veroorzaakt door een nucleaire kettingreactie – à la Krypton – is de lichtshow die wordt gecreëerd door de brandende staalwol het resultaat van oxidatie met hoge snelheid.
Hier is hoe het werkt: Telkens als iets brandt, zie je oxidatie. Dat betekent dat een atoom, molecuul of ion een of meer elektronen verliest. Roest, bijvoorbeeld, ontstaat wanneer zuurstof ijzer raakt, en in het proces verliest het ijzer elektronen en vormt ijzeroxide. Roesten is een langzame versie van de reactie gezien in de Reddit post van de brandende (oxiderende) metalen strips waaruit staalwol bestaat.
Toch gebruiken we ons roestvrijstalen (dat ijzer bevat) kookgerei zonder te verwachten dat het in vlammen zal opgaan door een verdwaalde vonk. What gives?
De reden dat een blok ijzer zoals een kookgerei geen vlam vat, is dat het oppervlak klein is, in verhouding tot het volume, vertelde Jason Benedict, een universitair hoofddocent scheikunde aan de University at Buffalo, aan Live Science. Roestend ijzer genereert wel wat warmte tijdens de reactie, maar het is maar een heel klein beetje. Bovendien kan een groot blok ijzer veel van die warmte-energie absorberen en afvoeren voordat de temperatuur van het blok stijgt. (U kunt dit effect zien bij het opwarmen van een metalen lepel bij het roeren in kokende pasta – een kleine lepel wordt al snel te heet om vast te houden, terwijl een grotere lepel er langer over doet).
Zetelwol daarentegen bestaat uit heel veel dunne draadjes, en dus komen er veel meer ijzeratomen in contact met de zuurstof in de lucht. Als je warmte toevoegt (zoals van een vlam), voeg je energie toe aan het ijzer, en dat maakt de kans groter dat het ijzer reageert met andere elementen.
“Als je warmte toevoegt, overwin je een energiebarrière om de reactie sneller te laten verlopen,” zei Benedict. Als die reactie eenmaal op gang komt, en omdat hij zelf warmte produceert, verhit hij de atomen in de buurt. In een blok ijzer wordt de warmte afgevoerd naar vele andere ijzeratomen. Maar in een dunne vezel van ijzer is er minder vast materiaal om de warmte te absorberen (lucht absorbeert warmte, maar veel efficiënter dan vaste stoffen), dus blijft het branden. Het product van de verbranding is stukjes roest, of ijzeroxide, net zoals het product van brandend hout zwarte as (of koolstof) is.
Contact met zuurstof is cruciaal voor hoe snel en hoe heet het ijzer in staalwol brandt – een omgeving met zuivere zuurstof maakt de vlammen veel heter, en het ijzer brandt sneller. (Terwijl staalwol vaak bedekt is met andere chemicaliën – zeeppoeder, bijvoorbeeld – brandt alleen het ijzer en mengt zich met zuurstof).
Lucht bestaat slechts voor ongeveer 20 procent uit zuurstof, dus het branden gebeurt met een soort halve snelheid die lijkt op een dynamietlont in een tekenfilm. Dat is wat er in de video gebeurt – er is genoeg zuurstof om het ijzer te verbranden, maar niet genoeg om het in één keer in vlammen te laten uitbarsten. Nogmaals, men kan een analogie trekken met hout: Blaas op een kleine vlam en de extra zuurstof kan het hout sneller doen branden, terwijl als je de ventilatieopeningen van een ouderwetse houtkachel sluit, het vuur afsterft tot gloeiende sintels en langzamer brandt.
Dit is ook de reden waarom poedermetalen gemakkelijk branden en zo worden gebruikt bij het lassen. Thermiet is een goed voorbeeld – thermiet is een mengsel van ijzer- en aluminiumpoeder dat bij voldoende verhitting met zuurstof gaat reageren en bij een hoge temperatuur gaat branden – genoeg om metaal te smelten en te lassen. Thermiet komt ook voor op de Fourth of July – het is een ingrediënt in het spul dat vonkontstekers bekleedt.
Opmerking van de redacteur: Dit artikel is bijgewerkt om aan te geven dat oxidatie het verlies van elektronen is, en niet het winnen van zuurstof zoals eerder was vermeld.
Oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.
Recent nieuws