De proef met glas en Kaars

Vakgroep stelde deze vraag op 20 december 2004 om 11:16.

Deze week stond een mede student voor de klas en demonstreerde de volgende proef: benodigdheden: Een glas Een bakje met een grotere d dan het glas Een theelichtje Water Lucifers Uitvoering: U vult het bakje tot ¾ vol met water. U laat de kaars in het bakje drijven en steekt de kaars aan. Vervolgens plaatst u het glas over de kaars in het bakje. Onze observaties zijn: Als de kaars bijna uit is dan komt water het glas is. Als de kaars bijna uit is dan ontstaat er rook. Er gebeurt niks met waterniveau alvorens de kaars bijna uitgaat. Er komen geen bellen met gas vrij langs de rand van het glas. Wij als vakgroep komen samen met onze docent niet tot een passende uitleg.Juist omdat er veel factoren een rol spelen bij deze proef. Wij hadden: Het volume en de druk in zowel begin als eindstand De molecuul verhoudingen die veranderen door de verbranding De oplosbaarheid van CO en CO2 in water De temperatuur van het glas De temperatuur “van de kaars” Kunnen jullie ons misschien helpen om deze proef eenduidig te verklaren. met vriendelijke groet namens de Vakgroep lerarenopleiding Natuurkunde

Reacties

Bert op 20 december 2004 om 19:15
Hallo,

het is een heel bekende proef en ik heb hem zelf ook wel eens laten zien. Jullie twijfels zijn terecht. Als je iets (volledig) verbrandt krijg je per O2 molekuul een CO2 molekuul terug, en misschien nog wel meer stoffen in gasvorm ... Ik vond een stukje op een website (http://www.jmhi.com/myths.html) waar gesuggereerd wordt dat er wel degelijk expanderend gas ontstaat. Om dat te kunnen zien moet je het omgekeerde bekerglas heel snel over de kaars plaatsen. Als dat juist is, dan is het stijgen van het waterniveau een temperatuureffect, en dat klinkt niet onredelijk omdat de stijging pas wordt waargenomen als de kaars uitgaat. Een mogelijkheidheid om dit aan te tonen is om de kaars elektrisch te onsteken. Dan kun je de omgekeerde beker al meteen over de kaars plaatsen, en dan via een druk op de knop de kaars aansteken. Als je bellen ziet ontsnappen weet je wat er aan de hand is. Hoe je een kaars op een handige manier elektrisch kunt onsteken weet ik niet, maar het lijkt me een leuke opgave voor leraren in opleiding!

Succes ermee, Bert Metz
Rene op 13 januari 2005 om 09:56
L.S.,

Het is niet zo dat per molecule O2 een molecule CO2 ontstaat. Er ontstaat ook waterdamp dat natuurlijk gemakkelijk in het water kan verdwijnen, maar dat ook heel goed als waterdamp kan blijven bestaan (gegeven de hoge temperatuur in het glas). Een voornamelijk chemische verklaring ligt mijns inziens niet voor de hand omdat het effect pas optreedt nadat de vlam uit is gegaan en de chemische rol is uitgespeeld. Daarbij vind ik de snelheid waarmee het water stijgt, direct na het doven van de vlam, te hoog om alleen aan een temperatuur effect te denken.

Chemisch zal er ongeveer dit gebeurn:
2 CH2 + 3 O2 -> 2 CO2 + 2 H2O
Uit drie gas/dampmoleculen ontstaan er vier (aannemende dat water als waterdamp blijft bestaan). Als al het water zou verdwijnen in de vloeistof is het chemische effect hooguit eenderde van 20% => 7%. Daarbij kan ook een deel van het CO2 oplossen wat het effect wat kan vergroten maar veel verder dan 10% kom je zo niet.

Bij onvolledige verbranding kan de chemie van de reactie nog minder verklaren':
CH2 + O2 -> CO + H2O .
Dus per molecule zuurstof een molecule CO en een molecule water (verdubbeling van de gas/damp moleculen die eventueel kunnen oplossen).

Ook het overdruk effect lijkt me te klein om het oplossen van CO, CO2 en H2O moleculen voldoende te bevorderen voor het effect. Ik denk dat het wellicht de rook is die het hoofdeffect veroorzaakt, bijvoorbeeld doordat de rookdeeltjes optreden als condensatiekernen waardoor de waterdamp plotseling condenseert, eventueel met een hoge CO/CO2 concentratie (afhankelijk van de pH van het gecondenseerde water).

Als die electronische ontsteking niet lukt stel ik voor met een gloeispiraal te werken: in principe hetzelfde experiment maar dan zonder chemie/rook. Als het effect nu niet optreedt kan men de temperatuurverklaring uitsluiten.

Rene
Rene op 28 januari 2005 om 10:05
In mijn vorige reactie ging ik uit van een kloppende beschrijving van de proef. Ik vond het wel vreemd dat er geen lucht ontsnapte; die lucht moet toch heet worden en uitzetten? Inmiddels denk ik dat dat onvermijdelijk is en niet kan worden voorkomen door het glas diep in het water te drukken; aannemende dat de temperatuur in het glas 100 graden wordt, zet de lucht in het glas meer dan 25% uit. Om dat tegen te gaan moet het glas 2,5 meter diep worden ondergedompeld! Ik heb het proefje dan ook maar eens overgedaan. Omdat ik zoveel mogelijk wilde voorkomen dat de lucht in het glas al was opgewarmd voor het water de lucht afsloot heb ik de kaars aangestoken en vervolgens het glas vanaf de zijkant snel over de kaars heenbewogen en in het water gedrukt. Vervolgens ontsnapt er duidelijk een hoeveelheid lucht langs de randen van het glas! Dat raadsel is dus opgelost. Ook is duidelijk dat het waterniveau in het glas veel lager blijft dan dat buiten het glas. Als de vlam bijna uitgaat begint het waterniveau in het glas inderdaad te stijgen, en komt vervolgens boven het niveau uit van het omringende water uit. Het uiteindelijke niveau was bij mij echter ongeveer 1 cm boven het niveau van het omringende water. Gegeven dat dat water ook zo'n 1 cm diep was en het glas zo'n 10 cm hoog en min of meer cylindervormig, is het effect 20%. Dat kan dus heel goed een afkoelingseffect zijn. De volgende keer laat ik het nog wat langer staan afkoelen en meet ik de verschillende hoogtes.
Kaat op 14 juni 2005 om 15:40
Hallo,

Wij hebben deze proef ook net moeten leren en dit is wat wij als uitleg hebben gekregen. Als het glas over de kaars geplaatst wordt, dan zit er lucht in dat glas. Lucht bestaat voornamelijk uit zuurstof. Een brandende kaars heeft zuurstof nodig om te branden, maar na een tijd zal die kaars alle zuurstof opgebruikt hebben en zal de kaars doven. Wanneer de kaars gedoofd is, is er dus wat plaats in het glas vrijgekomen, door de zuurstof die weg is. Die leegte wordt gevuld door water en daardoor stijgt het water in het glas. Zo, dit is wat wij als uitleg hebben gekregen en we hebben ook de proef uitgevoerd, dus ik denk dat dit wel klopt.

Veel succes Kaat Backers
Jan op 23 februari 2009 om 22:39
Dag Kaat,

Toch ben ik bang dat je een verkeerde uitleg kreeg. De zuurstof is wel verdwenen, maar daar is evenveel koolstofdioxide (koolzuurgas) voor in de plaats gekomen. Verdwijnend gas kan dus nooit de reden zijn.

Groet, Jan
Spider-NL op 16 september 2009 om 20:18
Zuurstof gaat weg, en er komen gassen terug: (koolstof(di/mono)oxide en waterdamp. Het waterdamp condenseert vrij snel door het koele water. Ook zie je waterdamp condenseren aan de rand van het glas.

De reden dat het waterpeil snel stijgt nadat de vlam al uit is komt waarschijnlijk zoals hier al beschreven was, dat de rook van de kaars het condensatie proces versnelt.
marleen op 24 september 2010 om 11:40

Het is absoluut voor het grootste deel een temperatuureffect. Let maar eens op bij het afwassen. Je bent met heerlijk heet water je glazen aan het afwassen, maar het afdruiprek staat al vol. Je zet vervolgens het glas dus maar ondersteboven op het aanrecht neer. Wat zie je, als je na een kleine 10 minuten (of zelfs de volgende ochtend) terug bent? Juist, er staat een klein laagje water in het glas. Ook dat is een gevolg van het afkoelen van de lucht in het glas, waardoor het waterniveau stijgt.

Je leert nogal eens iets, als iemand met studentikoze gebruiken.

Livio op 24 mei 2012 om 20:31

Om het omslachtige snleeenglasoverdekaars-manier te vermijden kun je een stolp gebruiken met een waterafscheiding met daarin een kaars en een aansteker. Wel goed opletten dat je genoeg plaats hebt om onderwater de binnenkant van de stolp te bereiken zonder hem omhoog te duwen. Heb het zelf geprobeerd en er komen bellen vrij als de lucht vanbinnen verwarmt. Zelfs voordat de kaars uit is. Het water zal ook stijgen en naarmate dat de lucht afkoelt zal het waterpeil in de stolp nog eens stijgen omdat het gas dan minder volume inneemt. Zo creëer je dus een afgesloten ruimte waarbij er geen uitwisseling is met de lucht. Zorg er wel voor dat de plant al mee onder de stolp zit. Men kan zelfs gewoon waterplanten onder de stolp zetten in de bak met water.

 

Robert op 24 juni 2012 om 15:33

Je kan het experiment nog beter doen met een kaars op een schoteltje met daarin een klein laagje water. Als ik de kaars aansteek en daaroverheen een glas zet, dan zie ik geen lucht ontsnappen. Het waterpeil stijgt al terwijl de kaars brandt. Als de vlam dooft stijgt het waterpeil nog door.

Het lijkt me dat als het vooral een temperatuur-effect zou zijn, dat je dan tijdens het branden belletjes lucht moet zien ontsnappen, en dat het waterpeil niet dan al stijgt. De chemische verklaring lijkt me dus het meest aannemelijk. Een kaars bestaat voornamelijk uit C en H, met een verhouding van ongeveer 2 H-atomen per C-atoom. De chemische reactie is dus iets als 2CH2 + 3O2 --> 2CO2 + 2H2O. Ik denk dat de waterdamp snel neerslaat op het koude wateroppervlak. Per saldo verdwijnen er dan 3 gasmoleculen en komen daarvoor 2 terug. Aanvankelijk zit er 21% zuurstof in de lucht in het glas. 2/3-deel (14%) blijft dus gasvormig, en 1/3 deel condenseert. Daardoor ontstaat onderdruk en stijgt het waterpeil.

 

Walter op 06 september 2020 om 14:01
Dat laatste is ook mijn waarneming, en lijkt me de beste verklaring!
Jan van de Velde op 06 september 2020 om 14:44

Robert plaatste:

Als ik de kaars aansteek en daaroverheen een glas zet, dan zie ik geen lucht ontsnappen.  


Walter plaatste:

Dat laatste is ook mijn waarneming
Dan moet je toch nog iets verder experimenteren. Deze waarneming (er ontsnapt geen lucht bij een nog brandende vlam) kan ook veroorzaakt worden doordat onder een relatief klein glas en een relatief grote vlam die geringe hoeveelheid lucht onder dat glas al fors is opgewarmd nog voordat je goed en wel dat glas, met de rand helemaal rondom in het water, eroverheen hebt kunnen zetten.

De lucht onder dat glas is best wel heet, hete lucht kan veel vocht bevatten, het overschot waterdamp daarin gaat echt niet onmiddellijk condenseren op het laagje water op de bodem.

Robert plaatste:

Aanvankelijk zit er 21% zuurstof in de lucht in het glas. 2/3-deel (14%) blijft dus gasvormig, en 1/3 deel condenseert. Daardoor ontstaat onderdruk en stijgt het waterpeil. 

reken dan eens uit hoeveel dat water daardoor zou moeten stijgen als er geen lucht zou ontsnappen (of, zoals ik suggereer, al ontsnapt zou kunnen zijn nog voordat je het glas er goed en wel over hebt kunnen zetten) . Veronderstel een cilindervormig glas van laten we zeggen 10 cm hoogte.

Daarna moeten we nog bedenken: is alle zuurstof op als de vlam dooft, of is het zuurstofniveau alleen maar zó ver gedaald dat het vuur dooft? Dat lijkt me een mooie internet-zoektocht. Google Engelstalig.

En alvast een nieuw experiment starten om mijn hypothese te testen: een veel groter glas (bijvoorbeeld een grote pot van groenteconserven) en een bewust klein waxinevlammetje (lont inkorten) 

groet, Jan

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft acht appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)