Bei dem Wort Verbrennung sind verschiedene Szenarien denkbar. Vielleicht denkst du gerade daran, dass du dich beim Kochen an der heißen Herdplatte oder dem Topf verbrannt hast. Es kann auch sein, dass du an das verbrennende Holz in eurem Kamin denkst. Beide Ereignisse zählen zu dem Begriff der Verbrennung.
Im chemischen Sinne handelt es sich bei einer Verbrennung um eine sogenannte Redoxreaktion. Dieser Begriff leitet sich aus dem lateinisch/griechischen Wort Oxygenium (Sauerstoff) ab, denn oftmals dient Sauerstoff bei Verbrennungen als Oxidationsmittel.
Zwar ist jede Verbrennung ein Oxidationsprozess, aber nicht jede Oxidation ist ein Verbrennungsprozess.
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:
| Aggregatzustand | Brennstoffe |
| fest | Holz, Kohle |
| flüssig | Benzin, Ethanol |
| flüssig werdend | Wachs |
| gasförmig | Methangas, Erdgas |
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.
Unter dem Begriff Aktivierungsenergie versteht man die Wärme, die dazu nötig ist, dass sich das Brennmittel mithilfe des Oxidationsmittels entzünden lässt und verbrennt.
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.
Einige Brände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden, da sich diese nicht mit Wasser mischen lassen oder leichter sind. Dazu zählen beispielsweise Kraftstoffe wie Benzin und Dieselöl, aber auch das Fett aus deiner Bratpfanne.
Liste brennbarer Stoffe
Hier findest du einen Überblick zu einigen brennbaren Stoffen der Chemie und die benötigte Entzündungstemperatur.
| Brennbarer Stoff | Entzündungstemperatur |
| Streichholzkopf | etwa 60°C |
| Papier | etwa 250°C |
| Holzkohle | 150-200°C |
| Benzin | 220-300°C |
| Heizöl | 250°C |
| Kerzenwachs | 250°C |
| Spiritus | 425°C |
| Erdgas | etwa 600°C |
| Koks | 700°C |
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.
Holzspäne brennen besser als ein Baumstamm, da der Zerteilungsgrad der Holzspäne größer ist. Da die Holzspäne so fein zerteilt ist, können Oxidationsmittel und brennbarer Stoff viel leichter durchmischt werden.
Für den Zerteilungsgrad gilt also folgende Definition:
Der Zerteilungsgrad beschreibt die Menge der einzelnen Teile eines Stoffes.
Je größer der Zerteilungsgrad ist und je feiner ein Stoff zerteilt ist, desto besser verbrennt dieser auch.
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.
Du möchtest einen Baumstamm verbrennen. Bleibt dieser Ganz kann der Sauerstoff jedoch nur die Außenseite des Baumstamms beeinflussen. Wird dieser nun in der Mitte geteilt, so vergrößert sich automatisch die Oberfläche.
Wird die Zerteilung wiederholt, so entstehen immer mehr Flächen, die vorher nicht für den Sauerstoff erreichbar waren und das Feuer hat eine größere Angriffsfläche für die Verbrennung.
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).
Verbrennung von Methangas:
Du weißt nicht mehr genau, was Oxidationszahlen sind? Schau einfach in unserem passendem Artikel nach.
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.
Butan im Feuerzeug:
Verbrennung Chemie - Das Wichtigste
- Im chemischen Sinne handelt es sich bei Verbrennungsprozessen um eine Redoxreaktion, die exotherm abläuft. Grund dafür ist die freiwerdende Energie in Form von Wärme und Licht.
- Grundvoraussetzungen für die Verbrennung sind brennbarer Stoff, ein Oxidationsmittel und das Erreichen der Aktivierungsenergie.
- Alle Brennstoffe haben eine unterschiedliche Entzündungstemperatur, die erreicht werden muss, um die Verbrennung zu starten.
- Der Zerteilungsgrad und somit das Prinzip der Oberflächenvergrößerung spielen bei der Verbrennung eine große Rolle, da dadurch der brennbare Stoff und das Oxidationsmittel besser vermischt werden können.
- In der Chemie spricht man von zwei Arten der Verbrennung:
- vollständige Verbrennung
- unvollständige Verbrennung
- Bei einer Verbrennung entstehen in der Regel die Reaktionsprodukte Wasser und Kohlenstoffdioxid.
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