Ada banyak ilmu kimia dan fisika di balik keindahan dan cahaya dari api lilin. Bahkan, para ilmuwan telah terpesona oleh lilin selama ratusan tahun. Pada tahun 1860, Michael Faraday memberi ceramah sekarang-terkenal tentang Sejarah Kimia sebuah lilin yang menunjukkan puluhan prinsip-prinsip ilmiah melalui pengamatan yang cermat dari lilin yang menyala.
Pada akhir 1990-an, NASA melakukan penelitian membawa lilin ke ketinggian baru, melakukan eksperimen pesawat ruang angkasa untuk mempelajari perilaku api lilin di mikro gravitasi. Para ilmuwan di universitas dan laboratorium penelitian di seluruh dunia terus melakukan percobaan dengan lilin untuk mempelajari lebih lanjut tentang api lilin, emisi dan pembakaran. Dan, tentu saja, ribuan mahasiswa setiap tahun menyelidiki prinsip-prinsip panas, cahaya dan pembakaran melalui proyek-proyek sains sekolah yang melibatkan lilin.
Semua lilin bahan dasarnya adalah hidrokarbon, yang berarti lilin sebagian besar terdiri dari hidrogen (H) dan karbon (C) atom. Ketika kita menyalakan lilin, panas api meleleh lilin dekat sumbu. Lilin cair ini kemudian diserap sumbu yang memanfaatka sifat kapilaritas. Panasnya api menguapkan cairan lilin (mengubahnya menjadi gas panas), dan mulai memecah hidrokarbon menjadi molekul hidrogen dan karbon. Molekul-molekul menguap disusun ke dalam api, di mana mereka bereaksi dengan oksigen dari udara untuk membuat cahaya , cahaya, uap air (H2O) dan karbon dioksida (CO2).
Sekitar seperempat dari energi yang diciptakan oleh pembakaran lilin yang dilepaskan sebagai panas terpancar dari api ke segala arah. Panas lilin cukup dibuat untuk memancarkan kembali dan mencair lebih lilin untuk menjaga proses pembakaran terjadi sampai bahan bakar habis atau panas hilang.
Dibutuhkan beberapa menit ketika kita pertama kali menyalakan lilin untuk proses pembakaran ini agar nyala api stabil. Pada awalnya api berkedip atau nyalanya sedikit, tetapi setelah proses distabilkan, api akan membakar dan terus akan menyala dalam bentuk tetesan air mata yang tenang, mengeluarkan karbon dioksida dan uap air.
Pembakaran api lilin yang stabil adalah mesin pembakaran sangat efisien. Tetapi jika api terlalu sedikit atau terlalu banyak udara atau bahan bakar, dapat berkedip atau flare dan partikel karbon yang tidak terbakar (jelaga) akan terlepasdari api sebelum mereka dapat sepenuhnya terbakar. Gumpalan asap kadang-kadang kita lihat ketika lilin berkedip sebenarnya disebabkan oleh partikel jelaga yang tidak terbakar yang telah keluar dari api karena pembakaran tidak sempurna.
Jika kita melihat dekat pada nyala lilin, kita akan melihat area biru di dasar api. Di atas itu adalah bagian oranye-coklat gelap kecil, dan di atas itu adalah wilayah kuning besar yang kita kaitkan dengan api lilin.
Zona biru yang kaya oksigen adalah dimana molekul hidrokarbon menguap dan mulai pecah menjadi atom hidrogen dan karbon. hidrogen adalah yang pertama untuk memisahkan diri dan bereaksi dengan oksigen membentuk uap air. Beberapa karbon yang terbakar di sini untuk membentuk karbon dioksida.
Wilayah gelap atau oranye / coklat memiliki relatif sedikit oksigen. Di sinilah berbagai bentuk karbon terus memecah dan mengecil, dan mulai terbentuk partikel karbon yang mengeras. Saat partikel karbon padat naik, bersama dengan uap air dan karbon dioksida dibuat di zona biru, mereka dipanaskan sampai sekitar 1000 derajat Celcius.
Di bagian bawah zona kuning, pembentukan karbon (jelaga) partikel meningkat. Ketika mereka naik, mereka terus memanas sampai mereka menyala sampai berpijar dan memancarkan spektrum penuh cahaya tampak. Karena bagian kuning dari spektrum adalah yang paling dominan ketika karbon menyatu, mata manusia mempersepsikan api kekuningan. Ketika partikel jelaga mengoksidkan dekat bagian atas wilayah kuning api ini, suhu sekitar 1200 C.
Zona keempat lilin (kadang-kadang disebut selubung) adalah ujung biru luar samar yang membentang dari zona biru di dasar api dan atas sisi kerucut api. Hal ini biru karena langsung bertemu dengan oksigen dari udara, dan merupakan bagian terpanas dari nyala api, biasanya mencapai 1400 C.
Kenapa api nyala lilin selalu keatas? Ketika lilin terbakar, api memanaskan udara di dekatnya dan mulai naik. Seperti udara hangat ini bergerak naik, udara dingin dan oksigen dalam di bagian bawah api langsng untuk menggantinya. Ketika itu udara dingin dipanaskan, langsung naik ke atas dan digantikan oleh udara dingin di dasar api. Hal ini menciptakan siklus yang terus-menerus dari atas udara yang bergerak di sekitar api (terjadi konveksi), yang memberikan api berbentuk memanjang atau berbentuk titik air mata.
Karena “naik” dan “turun” adalah pengaruh dari gravitasi bumi, ilmuwan bertanya-tanya apa api lilin akan terlihat seperti di luar angkasa, di mana tarikan gravitasi minimal dan ada benar-benar bukan atas atau bawah.
Pada akhir 1990-an, para ilmuwan NASA melakukan beberapa percobaan pesawat ulang-alik untuk melihat bagaimana api lilin berperilaku di daerah mikro gravitasi. Seperti yang dapat kita a lihat dari foto NASA bawah, nyala lilin di mikro gravitasi adalah bernetuk bola bukan bentuknya yang memanjang di Bumi. Tanpa gravitasi, tidak ada arah api keatas bagi udara hangat naik dan menciptakan arus konveksi.
