Verbrennung Chemie

Verbrennung: Definition in der Chemie

Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion einer Substanz, des sogenannten Brennmittels, mit Sauerstoff oder einem anderen Gas als Oxidationsmittel. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine Redoxreaktion. Dies sind Reaktionen, bei denen Energie in Form von Wärme und Licht entsteht, sie sind also exotherm. Der Brennstoff kann verschiedene Aggregatzustände haben. Egal ob fest, flüssig, flüssig werdend oder gasförmig. Die meisten Brennstoffe bestehen aus Kohlenstoff-Verbindungen.

Hier findest du einen kleinen Überblick zu Brennstoffen:

Voraussetzung für die Verbrennung

Für eine Verbrennung gibt es drei Voraussetzungen, die auch alle erfüllt sein müssen.

• brennbarer Stoff
• Zufuhr eines Oxidationsmittels, häufig Sauerstoff
• Erreichen der Aktivierungsenergie des brennbaren Stoff

Zum einen muss ein brennbarer Ausgangstoff vorliegen, ein sogenanntes Brennmittel. Damit dieses reagieren kann, wird ein Oxidationsmittel benötigt. In der Regel handelt es sich dabei um Sauerstoff. Das Mengenverhältnis von brennbarem Stoff mit dem Oxidationsmittel und einer geeigneten Zündungsquelle ist entscheidend für die Reaktion.

Die dritte Voraussetzung ist die Entzündungstemperatur oder Aktivierungsenergie, die zum Start der chemischen Reaktion notwendig ist. Durch den Einsatz eines Katalysators kann die Entzündungstemperatur verringert werden, so dass die Verbrennung beschleunigt und die Energie für die Zündung des Brennmittels herabgesetzt werden kann. Die Aktivierungsenergie ist bei den Brennmitteln unterschiedlich hoch.

VerbrennungsdreieckQuelle: wikimedia.org

Energieänderung bei Verbrennungen

Energieänderungen finden in allen chemischen Reaktionen statt, dabei werden Energieformen ineinander umgewandelt. Bei einigen Reaktionen, wie auch der Verbrennung, kommt es zur Abgabe von Energie. Ein Beispiel dafür ist die Verbrennung von Kerzenwachs. Hierbei handelt es sich um eine exotherme Reaktion bei der Wärme und Licht entstehen.

Auch bei der Verbrennung von Kohlenstoffen wie beispielsweise Kohle. Mit Erdgas, Erdöl oder Heizöl wird Wärme erzeugt. Diese Wärme wird vom Menschen genutzt, um Elektroenergie zu erzeugen oder zum Heizen und Kochen verwendet.

Aus dem heutigen Leben sind Verbrennungsprozesse kaum noch wegzudenken, jedoch können solche Prozesse verheerende Folgen mit sich bringen. Damit der Verbrennungsprozess kontrolliert werden kann und im Falle eines Großbrandes gelöscht wird, müssen verschiedenen Maßnahmen zum Löschen eines Brandes getroffen werden:

• Der brennbare Stoff muss entfernt werden.
• Zufuhr des Oxidationsmittels bzw. von Sauerstoff unterbinden.
• Temperatur herabsetzen, so dass diese unterhalb der Entzündungstemperatur des Brennmittels liegt.

Liste brennbarer Stoffe

Hier findest du einen Überblick zu einigen brennbaren Stoffen der Chemie und die benötigte Entzündungstemperatur.

Zusammenhang von Oberflächenvergrößerung und Verbrennung: Chemie

Das Durchmischen der Ausgangsstoffe ist für den Erfolg und die Geschwindigkeit einer Verbrennung von großer Bedeutung. Auch der Zerteilungsgrad von brennbaren Stoffen verhilft zu einer schnelleren Entwicklung eines Feuers. Sicherlich hast du schon einmal vom Prinzip der Oberflächenvergrößerung gehört. Dies steht in einem engen Zusammenhang mit dem Zerteilungsgrad, der für die Verbrennung von Bedeutung ist.

Das Prinzip des Zerteilungsgrads erklären wir dir am Beispiel von Holzspäne und einem Baumstamm.

Für den Zerteilungsgrad gilt also folgende Definition:

Damit eine Verbrennungsreaktion vollständig ablaufen kann wird ein Oxidationsmittel benötigt, wie beispielsweise Sauerstoff. Dieser muss ausreichend mit dem brennbaren Material in Berührung kommen, damit sich dieses vollständig entzündet. Durch das Zerteilen des Materials vergrößert sich die Oberfläche, da mehr Flächen entstehen, die das Oxidationsmittel nun erreichen kann. Nehmen wir wieder den Baumstamm als Beispiel.

Durch das Prinzip der Oberflächenvergrößerung wird also der Zerteilungsgrad erhöht, wodurch eine Durchmischung von Oxidationsmittel und brennbaren Stoff ermöglicht wird. Durch das erreichen der Aktivierungsenergie kann das Material nun besser verbrennen.

Gefahren bei kleinem Zerteilungsgrad

Ein kleiner Zerteilungsgrad birgt jedoch auch Gefahren, da die Teilchen des brennbaren Stoffs immer leichter werden. Zwei typische Beispiel sind Eisenpulver und Mehl. Wird Eisenpulver in eine Flamme gestreut, so kann es sogar zu einem Funkenflug kommen.

Noch gefährlicher wird es beim Mehl. Wenn du schon einmal Stockbrot oder Pizzateig gemacht hast, ist dir sicherlich aufgefallen dass der Teig anbrennen kann. Somit kann auch das Mehl anbrennen. Ein klassisches Beispiel dafür ist die Staubexplosion von aufgewirbeltem Mehl. Kommt dies in Kontakt mit Sauerstoff und Feuer, kommt es zu einer Stichflamme. Um Großbrände in Mühlen und Bäckereien heutzutage zu verhindern, müssen diese strengen Sicherheitsregeln folgen.

Vollständige oder unvollständige Verbrennung

Bei dem Vorgang einer Verbrennung gibt es zwei verschiedene Arten. Zum einen die vollständige Verbrennung, zum anderen die unvollständige Verbrennung. Welche der beiden Arten vorliegt erkennst du an den Reaktionsprodukten.

Vollständige Verbrennung

Charakteristisch für eine vollständige Verbrennung ist, dass das Brennmittel vollständig mit dem Oxidationsmittel reagiert. Bei einer solchen Verbrennung entstehen die Produkte mit der höchsten Oxidationszahl, meistens sind das Wasser (H₂O) und Kohlenstoffdioxid (CO₂).

Unvollständige Verbrennung

Eine Verbrennungsreaktion läuft unvollständig ab, wenn für den Prozess keine ausreichende Menge des Oxidationsmittels vorliegt. Neben den Reaktionsprodukten Wasser und Kohlenstoffdioxid liegen noch Reste der Ausgangsstoffe oder nicht vollständig oxidierte Produkte vor. Bei dieser Art der Verbrennung reicht das Oxidationsmittel nicht aus, um die Produkte höchstmöglich zu oxidieren, so dass Kohlenstoffmonoxid entsteht. Auch Ruß kann ein Zeichen für eine unvollständige Verbrennung sein, da es sich hierbei um reinen Kohlenstoff handelt.