Was ist Feuer?
Feuer ist der sichtbare Effekt des Prozesses der Verbrennung – eine besondere Art der chemischen Reaktion. Sie findet zwischen dem Sauerstoff in der Luft und einer Art Brennstoff statt. Die Produkte der chemischen Reaktion sind völlig anders als das Ausgangsmaterial.
Der Brennstoff muss auf seine Zündtemperatur erhitzt werden, damit eine Verbrennung stattfinden kann. Die Reaktion läuft so lange ab, wie genügend Wärme, Brennstoff und Sauerstoff vorhanden sind. Dies ist bekannt als das Feuerdreieck.
Verbrennung ist, wenn der Brennstoff mit Sauerstoff reagiert und dabei Wärmeenergie freisetzt. Die Verbrennung kann langsam oder schnell erfolgen, abhängig von der Menge des verfügbaren Sauerstoffs. Eine Verbrennung, die zu einer Flamme führt, ist sehr schnell und wird als Verbrennung bezeichnet. Verbrennung kann nur zwischen Gasen stattfinden.
Chemische Reaktion im Verbrennungsprozess
Brennstoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein. Bei der chemischen Reaktion, die das Feuer erzeugt, wird der Brennstoff so stark erhitzt, dass er (wenn er nicht bereits ein Gas ist) Gase aus seiner Oberfläche freisetzt.
Bei der Verbrennung können nur Gase reagieren. Gase sind aus Molekülen (Gruppen von Atomen) aufgebaut. Wenn diese Gase heiß genug sind, brechen die Moleküle in den Gasen auseinander und Fragmente der Moleküle verbinden sich wieder mit Sauerstoff aus der Luft, um neue Produktmoleküle zu bilden – Wassermoleküle (H2O) und Kohlendioxidmoleküle (CO2) – und andere Produkte, wenn die Verbrennung nicht vollständig ist.
Die durch die Reaktion erzeugte Wärme ist das, was das Feuer aufrechterhält. Die Hitze der Flamme hält den restlichen Brennstoff auf Zündtemperatur. Die Flamme entzündet die austretenden Gase, und das Feuer breitet sich aus. Solange genügend Brennstoff und Sauerstoff vorhanden sind, brennt das Feuer weiter.
Brennstoff + Sauerstoff (aus der Luft) = Verbrennungsprodukte (hauptsächlich CO2 + H2O) + Wärmeenergie.
Vollständige Verbrennung
Bei einer vollständigen Verbrennung erzeugt der brennende Brennstoff nur Wasser und Kohlendioxid (kein Rauch oder andere Produkte). Die Flamme ist typischerweise blau. Damit dies geschehen kann, muss genügend Sauerstoff vorhanden sein, um sich vollständig mit dem Brenngas zu verbinden.
Viele von uns verwenden Methangas (CH4), allgemein bekannt als Erdgas, zu Hause zum Kochen. Wenn das Gas erhitzt wird (durch eine Flamme oder einen Funken) und genügend Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden ist, brechen die Moleküle auseinander und bilden sich vollständig zu Wasser und Kohlendioxid um.
| CH4(g) | + | 2O2(g) | + | Wärme | → | CO2(g) | + | 2H2O(g) | + | Wärme |
| Methan | + | Sauerstoff | + | Wärme | → | Kohlendioxid | + | Wasser | + | Wärme |
Unvollständige Verbrennung
Wenn bei einer chemischen Reaktion nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, kommt es zu einer unvollständigen Verbrennung, bei der Produkte wie Kohlenstoff (C) und Kohlenmonoxid (CO) sowie Wasser und Kohlendioxid entstehen. Bei einer unvollständigen Verbrennung wird weniger Wärmeenergie freigesetzt als bei einer vollständigen Verbrennung.
Bei einer unvollständigen Verbrennung ist die brennende Flamme typischerweise gelb oder orange und es entsteht Rauch.