Palamiseen liittyy satoja erilaisia tapahtumia, joissa molekyylit pilkkoutuvat ja radikaalit reagoivat keskenään. Ei ihme, jos tulenteko ei aina onnistu.



Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen


Sisältö jatkuu mainoksen alla



TEKSTI: Raimo Timonen ja Jorma Matikainen



Palamiseen liittyy satoja erilaisia tapahtumia,


joissa molekyylit pilkkoutuvat ja radikaalit reagoivat keskenään.


Ei ihme, jos tulenteko ei aina onnistu.

Julkaistu Tiede-lehdessä 3/2005

 




Kylmän uunin niksit

Syksystä kevääseen ilma on usein matalapaineella lämpimämpää kuin korkeapaineen aikana. Siksi aiemmin jäähtynyt hormi saattaa matalapaineella pysyä pitkään kylmänä, jolloin hormin ilma on ulkoilmaa raskaampaa eikä vetoa synny. Tee silloin näin:


1. Pane pesään pieni määrä tuohta tai muita hyviä sytykkeitä sekä koon mukaan 6-9 kapeaa, sälöistä halkoa. Sulje uuninluukku.


2. Aseta tuhkaluukkuun pari rypistettyä talouspaperiarkkia ja kaada niiden päälle korkillinen lamppuöljyä tai grillinsytytysnestettä. (Ei bensiiniä!) Sulje luukku.


3. Pane samanlainen talouspaperisytyke myös pieneen tuhkalapioon, joka mahtuu nuohousluukusta (nokiluukusta) sisään.


4. Avaa pellit ja nuohousluukku, työnnä lapio sytykkeineen sisään, sytytä ja anna palaa loppuun hormin lämpötilan nousun varmistamiseksi. Heti tulen sammuttua sulje luukku, avaa tuhkaluukku ja sytytä tuli sinne. Kun tuli siellä alkaa hiipua, avaa uunin suuluukku ja sytytä uuni. Tämän jälkeen sulje tuhkaluukku ja varmista uunin ilmansaanti, niin että palaminen alkaa voimistua tasaisesti.


5. Kun puut ovat lähes hiiltyneet, lisää puita uuniin.


Kun saapuu kylmillään olleelle mökille, ensimmäinen ajatus on sytyttää tuli takkaan. Se lämmittää ja tekee olon kodikkaaksi.

Kuivat sytykkeet ottavat tulta, hyvältä näyttää. Hetken päästä savu kuitenkin virtaa takaisin alas, sammuttaa liekit ja pöllähtää silmille. Yskittää, ja pitää avata ikkunat, jotta katku haihtuisi huoneesta. Miksi savu tekee näin, eikö se noudatakaan fysiikan lakeja? Senhän pitäisi ulkoilmaa lämpimämpänä kohota hormia pitkin ylös.

Palaminen ei kuitenkaan ole niin yksinkertainen asia kuin takkatulta katsellessa luulisi. Molekyylitasolla se on yllättävän monivaiheinen kemiallisten reaktioiden prosessi. Siihen voi liittyä polttoaineen mukaan jopa useita satoja erilaisia rinnakkaisia ja peräkkäisiä alkeisreaktioaskelia, joista kukin käsittää yhden reaktiotapahtuman. Näissä alkeisaskelissa suuret molekyylit pilkkoutuvat tai menettävät atomeja muodos-taen molekyylin osasia eli radikaaleja. Radikaalit reagoivat nopeasti happimolekyylien ja muiden molekyylien kanssa sekä keskenään.

Kemiallisena ilmiönä palaminen on poltettavan aineen hapettumista. Koska puu ja muut polttoaineet koostuvat enimmäkseen hiilestä ja vedystä, palaessa syntyy lopputuotteena lämmön lisäksi pääasiassa hiilidioksidia (CO2) ja vettä, pienemmässä määrin muita hapettumistuotteita kuten typen ja rikin oksideja.

Reaktioon tarvitaan hapettimia, ja niitä ovat ilman happi ja happea sisältävät molekyylin osaset eli radikaalit. Lämpötilan on oltava tarpeeksi korkea, koska muuten polttoainetta ei riittävässä määrin kaasuunnu eikä pilkkoudu pienemmiksi molekyyleiksi ja radikaaleiksi. Liian haaleassa lämmössä radikaalien määrä ei riitä hapettumisen ylläpitoon ja tuli alkaa hiipua eikä luovuta lämpöä tehokkaasti. Veto hormissa heikkenee ja tuli




Jos tuli sammuu

Jos tulipesä on täynnä halkoja ja noki-hiukkaset alkavat tunkea huoneeseen uuninluukun raoista, sulje luukut tiiviisti ja vie edellä neuvottu tuhkalapion päällä palava talouspaperisoihtu nuohousluukusta sisään varovasti, jotta se ei sammu. Hyvällä onnella veto palaa ensin savupiippuun ja sen lämmettyä riittävästi myös uuniin. Ainakin saat näin savun pois uunista ja hormeista.

Lämpö luo vetoa, veto lämpöä

Fysiikan lakien avulla voidaan kuvata aineen olomuodon muutoksia ja kulkeutumista paikasta toiseen. Uuniin tulee happea ja uunista poistuu palamistuotteita hormiin, koska lämmin palamiskaasujen seos on kevyempää kuin kylmä ilma. Se nousee siis ylös, ja uuni alkaa vetää. Kemiallisissa reaktioissa vapautuva lämpö pitää vetoa yllä. Ja toisin päin: kun veto on hyvä, hapettumisreaktiot jatkuvat ja uuni lämpenee.


Ilmassa on happea noin 21 prosenttia. Hapekkaassa ilmassa syntyvien palamiskaasujen tiheys on pienempi tai korkeintaan samaa luokkaa kuin ympäröivän ilman. Tämä johtuu siitä, että kaasuseos on ympäröivää ilmaa lämpimämpää.

Ainoa selvästi ilmaa painavampi palamisseoksen kaasu on hiili-dioksidi. Sen tiheys on 50 prosenttia suurempi kuin ilman, kun ne ovat samanlämpöisiä. Sen vuoksi hiilidioksidilla on huomattava merkitys kaasuseoksen painossa.

Jos kaikki ilman happi muuttuisi hiilidioksidiksi, syntynyt kaasuseos olisi runsaat kymmenen prosenttia ilmaa raskaampaa - edellyttäen, että ilman ja kaasuseoksen lämpötila on sama. Lämpötilan on siis noustava, jotta uuni alkaisi vetää. Teo-riassa piipun sisällön on oltava 35 astetta ulkoilmaa lämpimämpää, koska vasta tällöin hiilidioksidia sisältävästä seoksesta tulee kevyempää kuin ulkoilma.

Todellisuudessa aivan 35 asteen lämpöeroa ei tarvita, koska osa hapesta jää käyttämättä jopa hiiltä tehokkaasti poltettaessa. Lisäksi polttoaineet sisältävät useimmiten myös vetyä ja muita atomeja, joista muodostuu hiilidioksidin ohella etupäässä vettä ja jonkin verran muita yhdisteitä. Siksi palamiskaasusta tulee hieman kevyempää kuin edellä mainitussa esimerkissä. Niinpä se kohoaa ylös jo pienemmälläkin lämpötilaerolla.

Nokikin painaa savukaasua alas

Palamisessa lopputuotteet, kuten hiilidioksidi ja vesi, muodostuvat monien välivaiheiden kautta. Niitä ei kuitenkaan synny, jos palaminen heikkenee merkittävästi hapen määrän pienentyessä. Tällöin lopputuotteina on hiilimonoksidia eli häkää (CO) ja välituotteissa kasvaa kaksoissidoksisten hiilivetyradikaalien määrä.




Polta puhtaasti

Huono tulisija, märkä puu ja heikko veto aiheuttavat epätäydellistä palamista. Se lisää terveydelle haitallisia päästöjä, joista kärsivät varsinkin astmaatikot ja sydänsairaat. Puhdas ja tasainen palaminen lämmittää parhaiten.


- Käytä riittävästi sytykkeitä, jotta palaminen lähtee hyvin alkuun ja hormi lämpenee nopeasti.


- Päästöjä syntyy vähemmän, jos panet sytykkeet halkojen päälle. Tämä sytytystapa onnistuu suotuisissa oloissa.


- Käytä vain kunnolla kuivunutta polttopuuta, mieluiten ylivuotista. Kesällä kuivuminen katoksen alla vie vähintään kaksi kuukautta. Anna halkojen kuivua vielä sisällä vähintään vuorokausi.


- Varo häkää. Kun liekkejä ei enää ole ja hiillos hohtaa punaisena, voit työntää peltiä hieman sisään päin, mutta sulje se kokonaan vasta, kun hiillos on täysin sammunut.


- Säännöllinen nuohous on tärkeää paitsi paloturvallisuuden myös uunin toiminnan kannalta.

Lisää tietoa: Savumerkit, opas puun pienpolttoon.
YTV, Heli ry ja pääkaupunkiseudun ympäristökeskukset.
Ympäristö ja terveys 4/2004, www.ytv.fi


Näillä hiilivetyradikaaleilla on voimakas taipumus liittyä toisiinsa ketjuiksi ja rengasrakenteiksi. Nekin liittyvät helposti yhteen muodostaen hiukkasia. Erityisesti pienimmät, alle 0,1 mikrometrin eli alle millimetrin kymmenestuhannesosan kokoiset hiukkaset ovat vaaraksi terveydellemme, koska ne pystyvät tunkeutumaan syvälle keuhkoihin ja sitä kautta jopa verenkiertoon.

Palamisen kannalta haitalliset reaktiot kilpailevat hapettumisen kanssa ja saavat yliotteen, kun happea on liian vähän. Molekyylit ja radikaalit menettävät askel askeleelta vetyä keskinäisissä reaktioissaan. Lopulta, jollei happea ole saatavilla, paljon hiiltä sisältävät radikaalit liittyvät toisiinsa synnyttäen suuria molekyylejä. Nokihiukkaset ovat näiden suurten molekyylien muodostamia rypäitä.

Noki on lähes pelkästään hiilestä koostuvien yhdisteiden seosta. Raskaissa, rosoisissa nokihiukkasissa on paljon pintaa, johon vesihöyry voi takertua. Tarttunut vesi lisää nokihiukkasten painoa entisestään, ja noki onkin avainasemassa kääntämässä savukaasujen virtaa hormissa alaspäin.

Palamisen tuottama suuri vesihöyrymäärä tiivistyy helposti, jos lämpötila laskee nopeasti hormia ylöspäin mentäessä. Kostea palokaasu johtaa lämpöä paremmin kuin kuiva ja jäähtyykin sen tähden nopeammin. Niinpä hormin seinämiin tiivistynyt vesi käyttää savukaasun lämpöä tehokkaasti höyrystyessään takaisin kaasutilaan. Myös kaasun säteilylämpö tarttuu hanakasti hormin mustaan nokipintaan. Siksi veden tiivistymisen seinämiin luovuttama lämpö on pian käytetty, ja hormin seinämät ja savukaasu pysyvät kauan kylminä.

Jäähtyvässä kaasuvirrassa hiukkaset kasvavat nopeasti ja niiden virtaus ylös pysähtyy hidastaen koko kaasuvirtaa. Kaasuvirran happi vähenee ja ylös suuntautuva virtaus sisältää yhä kylmempiä palokaasuja ja hiukkasia, jolloin seoksen kokonaistiheys piipun sisällä tulee ulkoilman tiheyttä suuremmaksi. Hyvin alkanut palaminen hiipuu, kun uutta happea ei virtaa kulutetun tilalle pitämään lämmöntuotantoa yllä ja estämään noen muodostumista ja veden tiivistymistä.

Kun palokaasujen virtaus ylös hidastuu, hidastuvat myös palamisen reaktiot. Ja kun palaminen hiipuu, hidastuu puolestaan palokaasuvirta. Ilmiöt ruokkivat toisiaan yhä enemmän, kunnes tuli sammuu ja raskas nokinen palokaasuseos virtaa savutorvea pitkin alas pesään ja huoneeseen.

Raimo Timonen on filosofian tohtori ja lehtori Helsingin yliopiston fysikaalisen kemian laboratoriossa.


Sisältö jatkuu mainoksen alla