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ロウが液体から固体に変化した時真ん中がくぼみます。その理由がわかりません。
ワークには、外側から固体になってきたかららしいです。いまいちしっくりこません教えてください。

質問者からの補足コメント

  • 中学生にもわかるようにお願いします。

      補足日時:2017/12/30 00:06

A 回答 (2件)

ロウソクのロウは色々な種類があり化学組成も異なるのですが、一般的なロウはCnH2n+2で表すことが出来るアルカンです。


炭素の数が、1個のものがメタンCH4、2個でエタンC2H6、3個プロパンC3H8、4個ブタンC4H10、5個ペンタンC5H12 … と増えていって、
-C-C-…-C-C- と -C- の鎖が25から30個ほど連なったものがパラフィンと呼ばれるロウソクの原料になります。
パラフィンの分子はほぼ直線棒状と考えてよく、液体では直線の分子が程度束縛されずに自由に動いています。
が、それが固化すると、ファンデルワールス結合によって分子同士がくっついて固体になります。
直線棒状のものが自由に動いている液体から、分子構造がそのままでファンデルワールス結合によってくっついて固体となるわけですから、
凝固時の体積収縮率は約15%と非常に大きな値になります。
ロウソクのロウが固体になった時に真ん中が大きくくぼむのは、一つに分子構造に起因する部分が大きいです。

それと、通常何かを液体状態から固体状態に冷却固化する場合、
液体の時に持っていた熱エネルギーは、液体を入れている容器の外部表面や空気と液体が触れ合っている表面から熱が逃げていくことになります。
つまり外側から固まっていくわけです。
ロウは外側が固まっても、中心部の熱エネルギーは完全に放出されていないので、溶けたままになりますが、凝固時の収縮が非常に大きいために、
最後に冷えて固まる部分に大きな気泡(空洞と言ったほうが良いかも…)が出来たり、その空洞が先に固まった部分を内側から引っ張って凹ます原因になったりします。

鋳物等でしたら、押し湯というものをくっつけて、鋳型に流し込んだ金属に圧力を掛けたりして中に空洞ができないように工夫する技術が昔からあるのですが、ロウソクではそこまではしないようです。
キャンドル作家さんのロウソクで中に小さなロウソクを入れておいて、外側を流し込んで凝固収縮する割合を小さくする人がいるようです。

ロウソクのロウは凝固収縮が非常に大きい。
液体が固体に凝固するときは表面から熱が逃げるため、表面から固まる。
そのため、表面が先に固まり、内部に容積の不足が出来て空洞が出来る。
その空洞が凹みの原因となる。

まとめるとこんな感じでしょうか。
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ロウは熔けた液体状のが冷えて固体になる再に体積が減ります。



>外側から固体になってきたから
ということなら、容器に入った液状のロウが外側から冷えて固まる時を考えます。

液面の位置で容器に触れてる箇所が最初に固まります。
そこから徐々に内側までも固まっていきますが
ロウの体積が減るのだから液面の中央がくぼみます。
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