蠟燭燃燒的是燭芯嗎？
― 燃燒的其實是變成氣體的「蠟」
蠟燭的燭芯並不是燃料。固態的蠟不會直接燃燒。燭芯的角色是把熔化的蠟吸上去、變成氣體的「幫浦」。而且燭芯本身，恰好站在火焰中最不容易燒到的位置。
停電的夜晚，或是生日蛋糕上，我們點燃蠟燭。細細的燭芯前端，火焰靜靜搖曳著。
不少人以為，燃燒的是那條線一樣的燭芯，而周圍的蠟只是支撐燭芯的底座。但如果真是這樣，燭芯應該幾秒鐘就會燒光。事實上，一根蠟燭可以持續燃燒好幾個小時。
變少的不是燭芯，而是蠟。那麼，火焰之中究竟發生了什麼事？
燭芯燒不盡，原因只有兩個
固態的蠟就算靠近火也不會燃燒。它先受熱熔化成液體，沿著燭芯往上爬，變成氣體後才會燃燒。燃料自始至終都是蠟。
火焰的正中央充滿氣態的蠟，氧氣幾乎進不來。燭芯就立在那裡，而且不斷被蒸發的蠟奪走熱量而冷卻。
也就是說，火焰只在燭芯周圍那團「氣態蠟雲」的外層薄皮上燃燒。讓我們依序來看。
固態的蠟為什麼不會直接燃燒？
物質燃燒，是指燃料與空氣中的氧結合，釋放出熱與光。要做到這一點，燃料分子與氧分子必須彼此相遇。
固態蠟中的分子排列得很緊密，氧氣只能接觸到表面。於是火焰的熱先把燭芯周圍的蠟熔化，蠟燭頂端形成的那一小灘液體就是這樣來的。
熔化的蠟沿著燭芯纖維之間的縫隙往上爬升，原理和毛巾一端泡進水裡、水會沿著布料往上滲一樣。燭芯上方受熱的蠟，會變成氣體離開燭芯。
請看圖1。燭芯緊鄰的周圍有一塊看起來偏暗的區域。這裡是氣態蠟聚集的地方，還沒有燃燒。只有在火焰外側、與從外部進來的氧氣相遇之處，才真正在燃燒。
燭芯明明在火焰裡，為什麼燒不盡？
原因有兩個。第一，沒有氧氣。燭芯周圍充滿氣態的蠟，外面的空氣在火焰外層薄皮就已用盡。沒有對象可燒，燭芯自然燒不起來。
第二，它一直被冷卻。蠟由液體變成氣體時，會從周圍奪取熱量，就像汗水蒸發會讓皮膚變涼一樣。燭芯始終站在這個「因蒸發而變冷的位置」。
火焰各處的溫度也差異很大。外層薄皮據說可達約1400℃，但燭芯周圍的暗色部分，溫度被認為低得多。「火焰正中央最熱」也是常見的誤解。
不過，燭芯並非完全不會減少。現在的蠟燭燭芯是用線編織而成。燃燒時前端會微微彎曲，只有伸出火焰外側的尖端會一點一點燒短。如此一來，燭芯的長度便能自然維持在恰到好處的狀態。
在編織燭芯的做法普及之前，蠟燭的燭芯是直直的撚線。前端在火焰中燒不掉，就會越變越長，使火焰變暗、冒煙。於是人們會用專用剪刀，不時剪去燭芯的尖端。如果燭芯本身會燃燒，這種工具根本用不著。
氣態的蠟在遇到氧氣之前，會先被高溫分解成細小的碳粒（煙灰）。火焰明亮的黃色，就是這些顆粒受熱發光的顏色。瓦斯爐的火焰之所以是藍色，是因為燃料與空氣事先已經混合，幾乎不會生成煙灰。
總結
蠟燭的燃料是蠟。固態的蠟熔化後沿燭芯上升，變成氣體，再於與外部氧氣相遇的火焰外層薄皮上燃燒。燭芯立在氧氣到不了、又因蒸發而冷卻的火焰中心，幾乎不會燃燒。燭芯真正的工作，是不斷把蠟吸上來、轉變成氣體。
燭芯不是燃料，而是把蠟變成氣體的幫浦。
燃燒的只有那團氣態蠟雲的外層薄皮。
燃料先變成氣體才燃燒的機制，與在快熄滅的火上添加燃料會竄起火柱的原因也有很深的關聯。火焰顏色與燃燒方式的關係，在一氧化碳的文章中也有介紹。
- 在沒有易燃物的穩固桌面上點燃蠟燭，燒約1分鐘讓它形成液窪。旁邊放一杯水備用。
- 用力吹熄後，燭芯會冒出一條細細的白煙。這道白煙，就是冷卻後凝結成細小顆粒的「曾是氣體的蠟」。
- 立刻把點燃的火柴等，靠近燭芯上方2〜3公分處的白煙。火會沿著煙往下竄，即使沒有碰到燭芯，蠟燭也會重新點燃。
這證明了燃燒的不是燭芯，而是變成煙的那些「蠟」。吹熄後如果時間過久，煙會變淡，實驗就不容易成功。因為要用火，請務必在大人陪同下進行。
想再多了解一點 ― 術語、公式與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，會清楚標示屬於哪個程度
- 國中國中理化課會學到的範圍
- 高中高中「基礎化學」「化學」會學到的範圍
- 高中＋高中的延伸內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教，屬於大學專業科目（燃燒工程、反應工程）的內容
- 研究連大學都還不會當作「定論」來教、研究者現正在調查中的話題
國中術語：這個現象是有名字的
- 燃燒：物質與氧結合，釋放熱與光的化學變化。蠟燃燒後會生成二氧化碳與水。
- 毛細現象：液體自行沿著細縫向上爬升的現象。這正是燭芯吸取蠟的機制。
- 氣化熱（蒸發熱）：液體變成氣體時，從周圍奪走的熱量。這是燭芯被冷卻的原因。
- 外焰、內焰、焰心：分別是火焰外側、中段、燭芯周圍部分的名稱。溫度最高的是外焰。
國中高中用公式確認：一根蠟燭到底釋放多少熱量？
既然知道燃料是蠟而不是燭芯，火焰釋放的熱量就能從「每秒燃燒的蠟量」計算出來。
| 用符號表示 | P ＝ ṁ × Q |
| 用文字表示 | 火焰釋放熱量的速率 ＝ 每秒燃燒的蠟重量 × 每公克蠟燃燒釋放的熱量 |
| 這個公式從何而來 | 能量守恆。燃燒掉的蠟原本擁有的化學能，原封不動地轉變成熱與光釋放出去 |
| P | 火焰釋放熱量的速率。單位為瓦特（W，每秒的焦耳） |
| ṁ | 每秒燃燒的蠟重量。單位為公克每秒 |
| Q | 燃燒熱。每公克蠟完全燃燒時釋放的熱量。單位為焦耳每公克 |
| 石蠟的燃燒熱 | 據稱每公克約46000焦耳 |
| 家用蠟燭每小時燃燒的蠟量 | 約6公克（依粗細而異） |
| 1小時的秒數 | 3600秒 |
| 一根蠟燭的蠟重量（偏小的款式） | 20公克 |
| 1小時釋放的熱量 | 46000 × 6 ＝ 276000 焦耳 |
| 換算成每秒（＝P） | 276000 ÷ 3600 ≒ 76.7 瓦特 |
| 20公克蠟燭能持續燃燒的時間 | 20 ÷ 6 ≒ 3.3 小時 |
一團小小的火焰，釋放出約77瓦特的熱量。這比早期60瓦特的白熾燈泡還大，接近一個靜坐不動的成年人所散發的熱量（約100瓦特）。之所以能持續燒3個多小時，是因為燃料的蠟多達20公克。細細的燭芯重量只有它的幾百分之一，如果燭芯是燃料，火焰幾秒鐘就會熄滅。
高中高中＋蠟的燃燒反應，以及火焰發光的機制
高中石蠟是由碳與氫組成的長鏈分子（烷類）的集合體。以碳原子數25的分子為代表，燃燒反應如下。
C25H52 ＋ 38 O2 → 25 CO2 ＋ 26 H2O
每1個分子就需要多達38個氧分子。因為這麼多的氧氣只能從火焰外部一點一點進來，所以燃燒的地方僅限於外側的一層薄皮。
高中＋火焰的黃色光並不是化學反應本身發出的光，而是高溫的煙灰顆粒依溫度發出對應顏色的「熱輻射」，原理和木炭或電熱器發紅光一樣。而藍色根部的光，是反應過程中生成的分子以固定顏色發光，機制完全不同。
大學擴散焰：氧氣「滲入」的速度決定燃燒方式
像蠟燭火焰這樣，燃料與氧氣分別從不同方向而來、在交界處相遇燃燒的火焰，稱為擴散焰（擴散燃燒）。與之相對的是像瓦斯噴燈那樣事先混合再燃燒的預混焰。在擴散焰中，反應本身已經夠快，燃燒速率是由燃料與氧氣藉擴散混合的速度所決定。因此火焰會薄薄地貼附在燃料與氧氣恰好等比例的那個面上。這個概念被稱為伯克—舒曼火焰面模型。燭芯讓多少蠟往上升，則由毛細現象與從火焰傳回液窪的熱量之間的平衡決定，使火焰大小能自動維持穩定。
📖 公式推導與更深入的內容：擴散燃燒（日文維基百科） ／ 毛細現象（日文維基百科）
研究還沒有完全弄清楚的事
- 煙灰是如何誕生的。 從氣體分子形成最初奈米尺度顆粒的階段，至今仍在被詳細研究，也與空氣污染及健康影響密切相關。
- 無重力環境下的火焰。 在太空站中，由於熱氣體不會向上升，據報告蠟燭的火焰會呈現圓形且偏藍色。重力究竟在多大程度上決定了火焰的形狀與亮度，實驗仍在持續進行。
- 並排蠟燭的火焰會同步搖曳。 據日本研究者報告，成束蠟燭的火焰每秒脈動約10次，而彼此靠近的兩團火焰的節奏會逐漸同步。其中的詳細機制仍在研究中。
也就是說，這篇文章的內容，也只是「目前已知範圍內的說明」。160多年前就曾被當作講座題材的蠟燭，至今依然是研究的對象。
與教科書的關聯（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化1年級「狀態變化」、2年級「化學變化（燃燒）」 | 蠟熔化、變成氣體後才燃燒 |
| 高中 | 基礎化學「化學反應式」、化學「反應熱」 | 燃燒反應式、由燃燒熱計算熱釋放速率 |
| 高中＋ | 物理「熱輻射」延伸 | 黃色的光是煙灰的熱輻射 |
| 大學 | 燃燒工程「擴散焰」、界面化學「毛細現象」 | 火焰貼附於外側薄面的原因 |
| 研究 | 煙灰生成、微重力燃燒、火焰振動與同步 | 尚未弄清楚的事 |
| ― | 與生活的連結 | 蠟燭的使用方式、從火焰顏色判斷燃燒狀態 |
- 麥可・法拉第《蠟燭的化學史》（ロウソクの科学，1861年，日譯本收錄於岩波文庫・角川文庫等）解說
- 擴散燃燒（日文維基百科）
- 燃燒熱（日文維基百科）
- 日本機械学会 編《燃燒工程手冊》（燃焼工学ハンドブック，丸善）
- Kitahata, H. et al. "Oscillation and Synchronization in the Combustion of Candles", The Journal of Physical Chemistry A (2009)
※本文為大眾科普解說。文中數值僅為幫助理解機制的參考、概略值。使用蠟燭等明火時，請遠離易燃物，並隨時留意，不要離開現場。