Verbrennung

von Sebastian B.

Eine Verbrennung ist eine Redoxreaktion unter Abgabe von Wärme, insbesondere auch von Licht und flüchtigen Stoffen.

Im allgemeinen Sprachgebrauch versteht man unter einer Verbrennung die Redoxreaktion eines Materials mit Luftsauerstoff. Zu unterscheiden ist eine Verbrennung in Form eines Feuers mit Flammenerscheinung von einer unvollständigen Verbrennung (Schwelbrand, Verkokeln), sowie langsamen und relativ kalten Oxidation, etwa beim Verrosten von Metallen.

Oxydation und Brennen – was ist das eigentlich?

Sicherlich haben sie schon einmal ein Stück blanken und ein Stück rostigen Stahl gesehen. Was hat eigentlich das eine Stück Stahl rostig gemacht? Der blanke Stahl hat sich mit Sauerstoff verbunden und dabei entstand ein völlig neues Produkt, nämlich Rost.

Nun verbindet sich Sauerstoff nicht nur mit Stahl, sondern auch mit einer großen Menge anderer Stoffe. Bei allen diesen Verbindungen entsteht jedes Mal ein neues Produkt.

Ein weiteres Beispiel:

Wasserstoff + Sauerstoff = Wasser

Der lateinische Name für Sauerstoff ist Oxygenium. Wir können sagen:

Wenn sich irgendein Stoff mit Sauerstoff verbindet, dann nennen wir diesen Verbindungsvorgang Oxydation oder auch: ein Stoff wird oxidiert.

Das Produkt, was bei diesem Vorgang entsteht, nennen wir Oxid. Wenn wir bei unseren bisherigen Beispielen bleiben, können wir sagen: Rost und Wasser sind Oxide, die bei einer Oxydation entstanden sind. Die Oxydation ist ein chemischer Vorgang und kann mit verschiedenen Geschwindigkeiten ablaufen.

z.B. sehr langsam – über Jahre und Jahrzehnte

- Holz wird tot

- Gummi wird hart und rissig

langsam – über Monate, Tage, Stunden

- Stahl rostet

- Mist gärt

Bei Oxydationsvorgängen wird Wärme frei. Verständlicherweise lässt sie sich bei sehr langsamen und langsamen Oxydationen nicht nachweisen – aber bei schnell verlaufenden Oxydationen. Es gibt schnell verlaufende Oxydationsvorgänge, bei denen während der Verbindung so viel Wärme frei wird, dass dabei eine Lichterscheinung zu sehen ist. In diesem Fall haben wir es mit einem besonderen Oxydationsvorgang zu tun, den wir Brennen nennen. Die Lichterscheinung ist ein physikalischer Vorgang.

Deshalb können wir sagen: Wenn sich ein Stoff mit Sauerstoff unter Lichterscheinung verbindet, dann haben wir es mit einer speziellen Oxydation zu tun. Diese Oxydation nennen wir Brennen. Stoffe, die sich unter Lichterscheinung mit Sauerstoff verbinden (jetzt können wir auch sagen: brennen), nennen wir brennbare Stoffe.

Welche Lichterscheinungen gibt es beim Brennen?

Wir kennen zwei Arten von Lichterscheinungen:

a) Flammen

b) Glut

Bei vielen Brennvorgängen treten beide Lichterscheinungen gleichzeitig auf. Somit gibt es eigentlich noch eine dritte:

c) Flammen und Glut zusammen

Brennbare Stoffe

Gasförmige brennbare Stoffe

Nur mit Flammen.

Flüssige brennbare Stoffe

Nur mit Flammen, weil sie vor dem Brennen in Dampf-Form übergehen. Der Temperaturpunkt, bei dem gerade ausreichende Dämpfe zur kurzen Entflammung gebildet werden, nennen wir Flammpunkt (nur bei brennbaren Flüssigkeiten). Befindet sich eine brennbare Flüssigkeit unter dem Flammpunkt, so ist kein Brennen möglich.

Weil beim Erreichen des Flammpunktes das "erste Aufflammen" einer brennbaren Flüssigkeit möglich ist, bedient sich auch die "Verordnung über Anlagen zur Lagerung, Abfüllung und Beförderung brennbarer Flüssigkeiten zu Lande" (VbF) des Flammpunkts als Merkmal für die Gefahr. Er gibt nämlich Auskunft, ob wir es mit einem mehr oder weniger gefährlichen Produkt zu tun haben.

Die VbF teilt die brennbaren Flüssigkeiten in Gefahrklassen ein, und zwar:

A (mit Wasser NICHT mischbar)

Die brennbaren Flüssigkeiten der Gefahrklasse A werden entsprechend ihrem Flammpunkt zusätzlich unterteilt in:

A I - Flammpunkt unter 21°C

A II - Flammpunkt zwischen 21°C und 55°C

A III - Flammpunkt zwischen 55°C und 100°C

und B (mit Wasser MISCHBAR)

Flammpunkt unter 21°C

Flüssigkeiten oder deren brennbaren flüssige Bestandteile, die sich bei 15°C in Wasser in beliebigem Verhältnis lösen

Feste brennbare Stoffe

- mit Flammen und Glut, weil durch die Zersetzung der brennbaren Stoffe gasförmige und feste Teile entstehen, z.B. bei Holz, Kohle, Papier

- nur mit Flammen, weil sie nach Verflüssigung brennbare Dämpfe entwickeln, z.B. bei Wachs, Stearin, Fett

- nur mit Glut, Metalle und künstlich entgaste Stoffe, z.B. bei Magnesium, Koks, Holzkohle

Wo ist der Unterschied zwischen Dämpfen und Gasen?

Dämpfe - Stoffe deren Siedepunkt bei normalem Luftdruck ÜBER Zimmertemperatur (20°C) liegt.

Gase - Stoffe, deren Siedepunkt bei normalem Luftdruck UNTER Zimmertemperatur (20°C) liegt.

Die Flamme

Die Flamme ist der Bereich brennender Gase oder Dämpfe, von dem sichtbare Strahlung ausgeht. Ein gutes Beispiel ist die Kerze.

Außer der Schmelzzone sind noch folgende Zonen zu nennen:

- Bild -

A = Dampfzone; Verdampfung der flüssig gewordenen brennbaren Stoffe

B = Glühzone; Teilung der Brennstoffdämpfe in die Grundbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff

C = Brennzone; Nur hier, wo der Luftsauerstoff zutreten kann, findet das Brennen und die Wärmeentwicklung statt.

Die Glut

Die Glut ist ein erwärmter fester oder flüssiger (z.B. geschmolzenes Metall) Stoff mit sichtbarer Wärmestrahlung. Aus der Glutfarbe können Rückschlüsse auf die Brandtemperatur gezogen werden:

400°C = Grauglut (nur im Dunkeln wahrnehmbar)

525°C = Dunkelrotglut

700°C = dunkle Rotglut

900°C = helle Rotglut

1100°C = Gelbglut

1300°C = beginnende Weißglut

1500°C = voll blendende Weißglut

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit eine Verbrennung stattfinden kann?

Sicherlich haben Sie schon einmal zugesehen, wie Papier verbrennt. Wenn alles verbrannt ist, hört es auf zu brennen. Eigentlich banal, aber hierdurch haben wir bereits die erste Vorbedingung des Brennens kennengelernt.

1. Brennbarer Stoff muss vorhanden sein

Wer kennt nicht den Versuch, bei dem ein Glaszylinder über eine brennbare Kerze gestülpt wird? Nach kurzer Zeit erlischt die Kerze. Warum? Der Glaszylinder verhindert den Zutritt des Sauerstoffs der Luft. Damit sind wir bei der zweiten Vorbedingung des Brennens.

2. Sauerstoff muss vorhanden sein

Versuchen Sie einmal ein Häufchen Mehl auf einem Blechdeckel anzuzünden. Anschließend blasen Sie mal einen Löffel davon in eine Gasflamme. Während im ersten Fall nur ein leichtes Glimmen wahrnehmbar ist, brennt das Mehl im zweiten Fall sehr heftig. Hieraus können wir die dritte Vorbedingung des Brennens ableiten.