Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung

Aus ZUM-Unterrichten

Die sicher alltäglichste Art einer exothermen Reaktion sind Verbrennungsvorgänge. Dabei ist es egal, was brennt, ob es Holz ist, Erdgas, Benzin oder das Metall Magnesium.

Im allgemeinen Sprachgebrauch versteht man unter dem Begriff "Brennen" die Reaktion eines Materials mit dem Sauerstoff aus der Luft mit einer Flammen-Erscheinung. Bei Magnesium ist das aber nicht der Fall, denn man hat nur einen sehr hellen Bereich um den brennen Bereich, der nach oben aufsteigende weiße Rauch ist das Reaktionsprodukt, Magnesiumoxid.

Was sind Flammen?

Woher dieser Unterschied kommt und was genau eine Flamme ist kannst du bei der Betrachtung und Untersuchung einer Kerzenflamme genau anschauen.


AKTIVITÄT (ERGÄNZUNG) - Untersuchung einer Kerzenflamme
Candle flame by Shan Sheehan.jpg
Bei der Untersuchung einer Kerzenflamme kannst du viel über den Aufbau und die Funktion einer Kerze erfahren. Alle Anweisungen und Beschreibungen findest du auf der Unterseite:
Untersuchung einer Kerzenflamme


Nach den Experimenten weißt du schon was eine Kerzen-Flamme ist. Für alle, die die Experimente nicht durchgeführt haben und damit wir es einmal allgemein definiert haben, hier eine Erklärung was eine Flamme ist.


BEGRIFFE Feuer und Flamme

Allgemein bezeichnet man ein Feuer als die sichtbare Flammenbildung bei einer Verbrennung

Eine Flamme ist allgemein immer ein brennendes Gas bzw. Dampf Bei der Kerze ist es der Wachsdampf, der brennt.

Hast du das schon genau verstanden? Hier ein paar Aufgaben, mit denen du kontrollieren kannst, ob du diese ganz alltäglichen Vorgänge zuordnen kannst?


AUFGABE 1 - Holz brennt mit einer Flamme
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Holz brennt mit einer Flamme. Wie ist das erklärbar, obwohl wir doch gerade geklärt haben, dass bei einer Flamme immer ein gasförmiger Stoff brennt und Holz ein Feststoff ist? Bei der Kerze schmilzt ja der Wachs und verdampt, aber ein schmelzendes Holzstück wirst du sicher noch nicht gesehen haben, oder?
  • Kannst du erklären, was dahinter steckt?
LÖSUNG Aufgabe 1
Wenn Flammen ein brennbares Gas sein müssen, dann muss es so sein, das beim Anzünden von Holz ein Gas entsteht, das brennbar ist. Und das ist es, was wir als Flamme sehen. Man bezeichnet dieses Gas auch als Holzgas. Brennt das Holz erst einmal, so wird durch die Wärme des Feuers weiteres Holzgas produziert.


AUFGABE 2 - Vergleich Petroleumlampe und
Feuerhand-Sturmlaterne 276 Baby Special Frontal-Ansicht.jpg
Petroleumlampen wurden in der Geschichte schon viele hundert Jahren als Beleuchtungsmittel im Haus verwendet. Sie bestehen meist aus einem Tank und einem Docht, durch den der Brennstoff nach oben gezogen wird. Im obenen Bereich gibt es einen Glaszylinder und der Brennstoff wird kontrolliert verbrannt. Der Docht in der Höhe verstellt werden, um z.B. die Flammengröße zu verändern.
  • Warum reicht es zum Entzünden einer Petroleumlampe nicht aus, einen Funken zu erzeugen, während dies bei einer Gaslampe möglich ist?
LÖSUNG Aufgabe 2
Zündsteine (Cereisen) jm33823.jpg
Bei einer Gaslampe, wie auch beim Bunsenbrenner, kann man das Gas, dass aus dem Tank oder aus der Leitung kommt direkt mit einem Funken entzünden. Dazu gab es sogar spezielle Gasanzünder, die im Gegensatz zum modernen Feuerzeug recht langlebig waren.. Sie enthielten eine raue Metalloberfläche und Zündsteine (siehe Bild rechts). Bei Petroleum funktioniert das aber nicht. Grund ist, dass das Petroleum eine Flüssigkeit ist und nur wenn genügend Gasförmiges Petroleum vorhanden ist, kann es brenne. Die Flamme des Streichholzes sorgt dafür, dass am Docht ein wenig des Petroleums verdampft und sobald es sich entzündet, ist es die Flamme des Petroleums selber, die das Verdampfen von noch mehr Petroleums ermöglicht. Dadurch brennt die Flamme immer weiter.


AUFGABE 3 - Die Sonne brennt man Himmel?
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Im Sommer hört man mach einen sagen "Die Sonne brennt am Himmel". Aber stimmt diese Aussage?
  • Was ist an der Aussage über die Sonne falsch?
LÖSUNG Aufgabe 3

Natürlich kann die Sonne nicht in dem Sinne brennen, wie wir es als Definition festgehalten haben, denn dafür wäre ja Sauerstoff und ein Brennstoff notwendig, der mit dem Sauerstoff reagiert. Dennoch produziert die Sonne Licht und Wärme, wie wir es von Feuer gewohnt sind.

In der Sonne findet eine sogenannten KernfusionWikipedia-logo.png statt. Dabei werden Elemente ineinander umgewandelt, allerdings ist das keine chemische Reaktion sonder ein physikalisher Vorgang! Das wir trotzdem das Licht und die Wärme der Sonne spüren, hängt an der elektromagnetische StrahlungWikipedia-logo.png, die ebenfalls bei der Kernfusion frei wird. Dazu gehört die StrahlenWikipedia-logo.png, die leuchten (sichtbares LichtWikipedia-logo.png) und die, die wärmen (Infrarot-StrahlenWikipedia-logo.png). Diese elektromagnetischen Strahlen gibt es übrigens auch bei einer "normalen" exothermen Verbrennung. Diese Strahlen können natürlich auch durch die Leere des Weltalls gelangen.

Wenn man bedenkt, wie weit die Sonne entfernt ist und trotzdem hier auf der Erde immer noch eine so starke Hitze spürt, ist klar, dass die in der Sonne produzierte Energie enorm sein muss.

Bei Holz denken wir ja immer an Feuer und dem Erzeugen von Wärme.

Wusstest du eigentlich, dass in den Zeiten, in denen aufgrund von Weltkriegen udn Wirtschaftskrisen die Lieferung von Erdöl zur Erzeugung von Benzin und Diesel nicht möglich war, auch Holz als "Treibstoff" für Autos verwendet wurde? Das hört sich ziemlich unrealistisch an, oder?

Ds Bild rechts zeigt einen sogenannten Holzvergaser, der an einem Auto von 1941 hinten befestigt ist. In dem Kessel wurde ein Gas produziert
Adler Diplomat 3 GS mit Holzgasgenerator-hinten rechts.JPG

Rund um das Thema Holz gibt es also noch ein paar Interessante Dinge, die du dir genauer anschauen kannst, wenn dich das Thema interessiert.


AKTIVITÄT (ERGÄNZUNG) - Die Pyrolyse von Holz

Bei der Gewinnung von einem brennbaren Gas aus Holz handelt es sich chemische gesehen um eine sogenannte Pyrolyse|Pyrolyse. Mehr Informationen dazu und ein Experiment gibt es hier:

Die Pyrolyse von Holz

Wie gefährlich ist das? - Brennbar, Entflammbar, Explosiv

GHS-Symbol Leicht­entzündlich

Im Alltag begegnet ihr immer wieder Stoffen die Brennbar sind. So findet man im Supermarkt Reinigungsbenzin, Motoröl, Nagellackentferner, Ölspray und Lampenöl. Aber nicht alle sind mit dem Gefahrensymbol gekennzeichnet.

Was macht den Unterschied aus? Wie muss ich mit diesen Stoffen umgehen?

Beim Lampenöl ist es wie beim Petroleum bzw. bei der Petroleumlampe. Das Lampeöl entzündet sich sich nicht so leicht, dass man es mit dem Symbol für Feuergefärhliche Stoffe markieren muss.

Chemisch stecken hinter diesem Unterschied einige Stoffeigenschaften, die wir bisher noch nicht betrachtet haben:


Flammpunkt, Brennpunkt, Zündtemperatur

Man unterscheidet bei brennbaren Flüssigkeiten zwischen ...

  • Flammpunkt: Die niedrigste Temperatur, bei der sich über einem Stoff ein zündfähiges Dampf-Luft-Gemisch bilden kann. Ist das Volumen des Gemisches groß genug, kann eine Explosion erfolgen.
  • Brennpunkt: Die Temperatur, bei der sich das Gemisch aus Brennstoffdampf und Luft entzündet werden kann und auch genug Dampf nachgebildet wird, so das die Reaktion weiterhin ablaufen kann. Meist ist der Brennpunkt knapp über dem Flammpunkt und wird daher meist nicht angegeben.
  • Zündtemperatur: Temperatur, bei der sich ein Stoff ohne weitere Zündquelle (Funke, Zündflamme, ...) selbstständig entzündet.

Betrachten wir mal ein paar bekannte Brennstoffe und ihren Daten:

Spiritus ist hochkonzentrierter aber ungeniessbar gemachter Alkohol (Ethanol).

Ethanol Flasche.jpg
  • Siedetemperatur = 78,32°C
  • Flammpunkt = 12°C
  • Zündtemperatur = 400°C

Benzin (hier als Beispiel: Isooktan) ist ein dünnflüssiger und leichtflüchtiger Treibstoff für Autos.

Petrol pump mp3h0355.jpg
  • Siedetemperatur = 99°C
  • Flammpunkt = −9°C
  • Zündtemperatur = 410°C

Diesel (hier als Beispiel: Dodecan) ist nicht so leichtflüchtig und wird bi Autos aber auch Booten verwendet.

Gasoline-fire.png
  • Siedetemperatur = 216 °C
  • Flammpunkt = 80 °C
  • Zündtemperatur = 200°C

Betrachten wir einmal den Spiritus: Obwohl Spiritus eine Siedetemperatur von 78,32°C hat, verdampft bereits bei niedrigeren Temperatur etwas von dem enthaltenen Alkohol. Bereits ab 12°C kann dabei soviel Alkohol verdampfen, dass schon ein Zündfunken ein brennbares Gemisch bildet. Allerdings muss die Menge (Menge) an verdampften Alkohol in einem abgeschlossenen Raum groß genug sein, damit sich das Luft-Alkohol auch entzünden kann. Für den Alltag reicht es, wenn man den Alokohl in einem stabilen geschlossenen Gefäß aufbewahrt, so dass das Gas nicht entweichen kann. Von einer Heizplatte oder einer anderen Wärmequelle kann Ethanoldampf ab einer Temperatur von 400°C auch ohne eine Zündflamme entzündet werden.

Beim Benzin haben wir zwar eine höhere Siedetemperatur als beim Spiritus, aber das Benzin ist so leicht flüchtig, dass bereits bei -9°C soviel davon verdampft, dass sich zündfähige Gemische bilden können. Die Zündtemperatur zur Selbstentzündung ist aber wie beim Spiritus. Daher ist der Umgang mit Benzin gefährlicher, denn es kann leichter zu Explosionen kommen. Daher muss auch an Tankstellen besonders darauf geachtet werden, das nicht geraucht wird.

Obwohl Diesel wie das Benzin als Treibstoff getankt wird, haben wir hier erhebliche Unterschiede bei den Daten. Die Siedetemperatur ist wesentlich höher und so ist es nicht verwunderlich, dass auch der Flammpunkt höher ist. Das heißt, dass der Umgang mit Diesel (bezüglich der Brennbarkeit) wesentlich unproblematischer ist, denn bei normalen Temperaturen kann sich kein zündfähiges Gemisch bilden. Auf der anderen Seite entzündet sich verdampfter Diesel aber bei niedrigeren Temperaturen von alleine. Das ist auch der Grund, warum der Dieselmotor ein Selbstzünder ist und keine Zündkerzen braucht.