De kaars en het water

[always]

In onderstaand filmpje wordt water opgezogen door een brandende kaars. Hoe kan dat? Komt dat doordat er lucht ontsnapt doordat de druk in het glas door een toename van moleculen ervoor zorgt dat de lucht aan de onderkant ontsnapt of creeert het onstane water een condens zodat er minder moleculen ontstaan. In beide gevallen krimpt na het doven de lucht omdat die kouder wordt en dus een onderdruk veroorzaakt tov de buitendruk (buiten het glas dus).
 
Of zitten hier nog meer oorzaken aan gekoppeld?
 

[Michel Uphoff]

Wat zou je denken van zuurstofverbruik?

[klazon]

Het is niet het zuurstofverbruik. Bij de verbranding wordt de zuurstof vervangen door het verbrandingsgas.
Als je dat filmpje uitkijkt, dan krijg je na afloop links naar andere soortgelijke filmpjes waarin wordt uitgelegd dat na het doven van de kaars de lucht in het glas afkoelt en dus inkrimpt.
Dat zie je ook, het water wordt pas opgezogen nadat de kaars is gedoofd.

[Michel Uphoff]

Je hebt gelijk. 
 
Nu ik het nalees heeft de oxidatie wel een krimp tot gevolg maar dat effect is miniem.
Expansie en krimp van het gas is een veel belangrijker oorzaak.

[always]

Maar als eerst iets uitzet en daarna inkrimpt hoe kan de de druk binnen het glas toch minder worden dan buiten het glas zodat het water naar binnen wordt geduwd

[always]

Maar hoe heeft die oxidatie dan een krimp tot gevolg? Immers de reactie is 2 O₂ + C H ₄ = C O ₂ + 2 H ₂ O  dus hoe krijg je dan minder moleculen? Of zou de vanderwaalsvergelijking nog iets in te brengen hebben?
Of moet de vergelijking 2CH2 + 3O2 --> 2CO2 + 2H2O zijn?

[Jan van de Velde]

Maar als eerst iets uitzet en daarna inkrimpt hoe kan de de druk binnen het glas toch minder worden dan buiten het glas zodat het water naar binnen wordt geduwd

terwijl jij dat glas over de vlam heen zet vang je een gas met een temperatuur van 2-300°C. De vlam gaat nog even door met verwarmen en dus doen uitzetten:  zet je glas maar eens in een ondiep laagje water: lucht borrelt er van onder naar buiten. 
Zodra de boel afkoelt krimpt dat weer: eerst wordt de vloeistoflaag door de buitenlucht het potje in gedrukt, en zodra dat weg is gaat er ook lucht mee naar binnen. 

[klazon]

Zelf dat proefje nadoen en goed kijken wat er gebeurt.

[Margriet]

Ik heb dit proefje meermaals gedaan en nooit opgemerkt dat er gas ontsnapt of wordt aangezogen. Wel heb ik opgemerkt dat als je het bekerglas een nacht laat staan dat dan het volume water in het bekerglas ongeveer 20% is van het totaal.
 
Mijn verklaring is dat als het kaarsje gedoofd is dat dan het al het O₂  is vervangen door CO₂.
 
De partieeldruk van het CO₂ binnen het glas is daardoor veel hoger dan die van het CO₂ in de atmosfeer. De oplosbaarheid hangt af van de partieeldruk boven de vloeistof. De oplosbaarheid is dus aan het oppervlak binnen veel groter dan die buiten het glas. Hierdoor gaat binnen het glas CO₂ in oplossing en verlaat dit de oplossing weer buiten het glas. Hiervoor is tijd nodig. Vandaar dat je dit pas na enige tijd kunt waarnemen.

[Thionyl]

Ja dat je zo kon aantonen dat er zo'n 20% zuurstof in de atmosfeer zit, is jarenlang op scholen enz. gebruikt en dat was totaal verkeerd. Alleen al omdat een verbranding tot ca??? 8% gaat. Maar was wel overtuigend op school. 
Ergens op het oude chemieforum staat alles uitgezocht hoe dat zit. Woelen bijv. heeft dat goed verklaard daar.

[Benm]

Het is een beetje een vals proefje, dat min of meer moet aantonen dat er zuurstof verbruikt wordt door verbranding. 
 
Zou je alleen koolstof verbranden dan zou het niet werken (C + O2 -> CO2) tenzij je wacht tot het CO2 allemaal oplost, voor zover dat zou gebeuren. Bij parafine zou je iets verwachten als 2-(CH2)- + 1.5 O2 -> CO2 + H2O wat een verlies aan O2 geeft dat voor 2/3e gecompenseerd wordt door CO2 en ook nooit de 20% volumedaling kan halen. 
 
Wat je ziet is vrijwel geheel thermische contractie van lucht, dit experiment zou ook werken met een gloeilamp oid als je het op temperatuur laat komen en dan uitschakelt. 

[Margriet]

Mijn verklaring is dat als het kaarsje gedoofd is dat dan het al het O₂  is vervangen door CO₂.
 

Benm bedankt. Het is natuurlijk voor 2/3 deel vervangen door CO₂omdat er ook H₂O ontstaat.
 

Bij parafine zou je iets verwachten als 2-(CH2)- + 1.5 O2 -> CO2 + H2O wat een verlies aan O2 geeft dat voor 2/3e gecompenseerd wordt door CO2 en ook nooit de 20% volumedaling kan halen. 

Naar mijn idee kan echter wel de 20% gehaald worden gesteld dat al het O₂ verbruikt wordt. Het ontstane CO₂ lost op (bedenk hierbij dat de partieeldruk veel groter is dan buiten het vat) en het H₂O condenseert bij afkoelen. Je hebt dan een verlies van 20%.

[always]

terwijl jij dat glas over de vlam heen zet vang je een gas met een temperatuur van 2-300°C. De vlam gaat nog even door met verwarmen en dus doen uitzetten:  zet je glas maar eens in een ondiep laagje water: lucht borrelt er van onder naar buiten. 
Zodra de boel afkoelt krimpt dat weer: eerst wordt de vloeistoflaag door de buitenlucht het potje in gedrukt, en zodra dat weg is gaat er ook lucht mee naar binnen. 

 
Ik weet niet of onderstaande bron betrouwbaar is, maar daar blijkt er geen lucht naar buiten te borrelen:
 
"

• <b>Argument</b>: The experiment can be explained by physics alone. During the heating stage, air escapes. Afterwards, the air volume decreases and pulls the water up. 
  <b>Source of the Error:</b> the argument could work, if indeed the heating of the air would produce enough pressure that some air could leave. In that case, some air would be lost through the water. But one can observe that the water level stays up even if everything has gone back to normal temperature (say 10 minutes). No bubbles can be seen."

 

Benm bedankt. Het is natuurlijk voor 2/3 deel vervangen door CO₂omdat er ook H₂O ontstaat.
 
Naar mijn idee kan echter wel de 20% gehaald worden gesteld dat al het O₂ verbruikt wordt. Het ontstane CO₂ lost op (bedenk hierbij dat de partieeldruk veel groter is dan buiten het vat) en het H₂O condenseert bij afkoelen. Je hebt dan een verlies van 20%.

 
Ook hier zegt onderstaande bron dat CO2 niet door het water wordt geabsorbeerd:
 
"

• <b>Argument</b>: Carbon dioxide is absorbed by the water. Thats why the oxygen depletion has an effect. 
  <b>Source of the Error:</b> This idea is triggered from the fact that water can be carbonized or that the oceans absorb much of the carbon dioxide in the air. But carbon dioxide is not absorbed so fast by water. The air would have to go through the water and pressure would need to be applied so that the carbon dioxide is absorbed during the short time span of the experiment."

 
Volgens onderstaande bron blijkt zuurstof uitputting en de temperatuursverandering verantwoordelijk te zijn:
 
"<b>Argument</b>: It can not be that the oxygen depletion is responsible for the water raising, because the water does not rise immediately. The water rises only after the candle dims. If gas would be going away, this would lead to a steady rise of the water level, not the rapid rise at the end, when the candle goes out.
<b>Source of the Error:</b> It is not "only" the oxygen depletion which matters. There are two effects which matter: the chemical process of the burning as well as a physical process from the temperature change. These effects cancel each other initially. Since these effect hide each other partially, they are more difficult to detect."
 
Bron: http://www.math.harvard.edu/~knill/pedagogy/waterexperiment/index.html

[Benm]

Het lijkt me vrij gemakkelijk controle experimenten te doen. 
 
Allereerst om van die CO2 kwestie af te komen: Steek een stukje magnensiumlint of iets anders dat brandt maar alleen vaste verbrandingsproducten heeft in de pot. Dan zou tijdens de verbranding het water moeten stijgen, en daarna direct moeten stoppen. (omgekeerde experiment van koolstof dat equimolair CO2 teruggeeft voor alle gebruikte O2). 
 
Als je wilt zien of het CO2 verantwoordelijk is voor het langzaam vollopen van de pot zou je bijv het experiment kunnen doen met wat carbonic anhydrase of domweg natronloog in het water. Dat zou van invoed moeten zijn op de snelheid waarmee dat gebeurd. Ook kan je met CO2 verzadigd water (of een vloeitstof waarin CO2 net oplost) gebruiken om definitief vast te stellen of het een rol speelt. 

[Jan van de Velde]

 
Ik weet niet of onderstaande bron betrouwbaar is, maar daar blijkt er geen lucht naar buiten te borrelen:
 

of er lucht onder het potje doorborrelt, erin of eruit, hangt af van hoe diep de rand van de pot onder water zit. In het filmpje in de startpost zie je dat INborrelen nét gebeuren in het allerlaatste beeld. Uitborrelen gebeurt daar niet, vermoedelijk omdat ze, vóórdat ze de pot over de kaars plaatsen, de lucht in de pot opwarmen door hem een tijdje boven de vlam te houden. Het potje gaat dus met warme, uitgezette lucht en al het water in.