Mum alevi güzelliği ve ışığını, ardında yatan birçok kimya ve fizik denkleminin bir arada çalışmasına borçludur. Aslında bilim insanları yüzlerce yıldır mumlara ve yanışlarına hayranlık duymaktadır.
Michael Faraday, 1860 yılında “Bir Mumun Kimyasal Tarihi” adlı ünlü konferans serisini vermiş ve yanan bir mum üzerinde yaptığı dikkatli gözlemlerle, düzinelerce bilimsel ilkeyi ortaya koymuştur.
1990’ların sonlarında NASA, mum alevlerinin mikro yerçekimindeki davranışlarını öğrenmek için uzay mekiği deneyleri yaparak mum araştırmalarını yeni boyutlara taşımıştır.
Günümüzde dünyanın dört bir yanındaki üniversiteler ve araştırma laboratuvarlarındaki bilim insanları mum alevleri, emisyonlar ve yanma hakkında daha fazla bilgi edinmek için mumlarla deneyler yapmaya devam ediyor. Buna ek olarak her yıl binlerce öğrenci de mumları içeren okul bilim projeleri aracılığıyla ısı, ışık ve yanma ilkelerini araştırıyor.
Mumlar Nasıl Yanar?
Tüm mumlar esasen hidrokarbonlardır, yani büyük ölçüde hidrojen (H) ve karbon (C) atomlarından oluşurlar.
Bir mum yaktığınızda, alevin ısısı fitilin yakınındaki balmumunu eritir. Bu sıvı balmumu daha sonra kılcal hareketle fitilden yukarı çekilir.
Alevin ısısı sıvı mumu buharlaştırır (sıcak bir gaza dönüştürür) ve hidrokarbonları hidrojen ve karbon moleküllerine ayırmaya başlar. Buharlaşan bu moleküller aleve doğru çekilir ve burada havadaki oksijenle tepkimeye girerek ısı, ışık, su buharı (H2O) ve karbondioksit (CO2) oluştururlar.
Bir mumun yanmasıyla oluşan enerjinin yaklaşık dörtte biri, alevden her yöne ısı yayılmasıyla dışarı verilir.
Yakıt tükenene veya ısı ortadan kalkana kadar yanma işlemini devam ettirmek için geri yayılacak ve daha fazla balmumu eritecek kadar ısı oluşur.
Bir mumu ilk yaktığınızda bu yanma sürecinin stabilize olması birkaç dakika sürer. Alev ilk başta titreyebilir veya biraz duman çıkarabilir, ancak süreç stabilize olduğunda alev, karbondioksit ve su buharı yayarak sessiz bir gözyaşı damlası şeklinde temiz ve sabit bir şekilde yanacaktır.
Sessizce yanan bir mum alevi çok verimli bir yanma makinesidir. Ancak alev çok az veya çok fazla hava veya yakıt alırsa, titreyebilir veya parlayabilir ve yanmamış karbon parçacıkları (kurum) tam olarak yanamadan alevden kaçar.
Bazen bir mum titrediğinde gördüğünüz bir tutam duman aslında tam yanma gerçekleşmediği için alevden kaçan yanmamış kurum parçacıklarından kaynaklanır.
Bir Mum Alevinin Renkleri
Bir mum alevine yakından bakarsanız, alevin tabanında mavi bir alan görürsünüz. Bunun üzerinde küçük koyu turuncu-kahverengi bir bölüm ve onun üzerinde de mum alevleriyle ilişkilendirdiğimiz büyük sarı bölge yer alır.
Oksijen bakımından zengin mavi bölge, hidrokarbon moleküllerinin buharlaştığı ve hidrojen ve karbon atomlarına ayrılmaya başladığı yerdir. Hidrojen burada ilk ayrılan maddedir ve oksijenle reaksiyona girerek su buharı oluşturur. Karbonun bir kısmı burada yanarak karbondioksit oluşturur.
Koyu veya turuncu/kahverengi bölge nispeten az oksijen içerir. Burada çeşitli karbon formları parçalanmaya devam eder ve küçük, sertleşmiş karbon parçacıkları oluşmaya başlar.
Yükseldikçe, mavi bölgede oluşan su buharı ve karbondioksit ile birlikte yaklaşık 1000 santigrat dereceye kadar ısıtılırlar.
Sarı bölgenin alt kısmında karbon (kurum) partiküllerinin oluşumu artar. Yükseldikçe, akkor haline gelene kadar ısınmaya devam ederler ve görünür ışığın tüm spektrumunu yayarlar. Karbon tutuştuğunda spektrumun sarı kısmı en baskın olduğu için, insan gözü alevi sarımsı olarak algılar. Kurum parçacıkları alevin sarı bölgesinin üst kısmına yakın bir yerde oksitlendiğinde, sıcaklık yaklaşık 1200o C’dir.
Mumun dördüncü bölgesi (bazen peçe olarak da adlandırılır), alevin tabanındaki mavi bölgeden alev konisinin kenarlarına kadar uzanan soluk dış mavi kenardır. Mavidir çünkü doğrudan havanın oksijeni ile buluşur ve alevin en sıcak kısmıdır, tipik olarak 1400o C’ye (2552o F) ulaşır.
Bir Mum Alevi Neden Her Zaman Yukarı Bakar?
Bir mum yandığında, alev yakındaki havayı ısıtır ve yükselmeye başlar. Bu sıcak hava yukarı doğru hareket ettikçe, daha soğuk hava ve oksijen alevin altından içeri girerek onun yerini alır.
Bu daha soğuk hava ısıtıldığında, o da yükselir ve alevin tabanındaki daha soğuk hava ile yer değiştirir.
Bu, alevin etrafında sürekli yukarı doğru hareket eden bir hava döngüsü (konveksiyon akımı) yaratır ve bu da aleve uzun veya gözyaşı damlası şeklini verir.
“Yukarı” ve “aşağı” dünyanın yerçekiminin bir fonksiyonu olduğundan, bilim insanları yerçekiminin minimum olduğu ve gerçekten yukarı ya da aşağı diye bir şeyin olmadığı uzayda bir mum alevinin nasıl görüneceğini merak ettiler.
1990’ların sonlarında NASA bilim insanları, mum alevlerinin mikro yerçekiminde nasıl davrandığını görmek için birkaç uzay mekiği deneyi gerçekleştirdi. Aşağıdaki NASA fotoğraflarından da görebileceğiniz gibi, mikro yerçekimindeki bir mum alevi Dünya’daki uzun şekli yerine küreseldir. Yerçekimi olmadan, sıcak havanın yükselmesi ve bir konveksiyon akımı oluşturması için “yukarı” yön yoktur.
 |
 |
| Normal yerçekiminde bir mum alevi | Mikro yerçekiminde bir mum alevi |