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| Siehe auch: Flamme des Bunsenbrenners, Flammenfärbung, Internationale Temperaturskala ITS-90, Streichhölzer, Abgaskatalysator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Flamme und VerbrennungAutor: Hans Lohninger
Was ist nun - physikalisch/chemisch betrachtet - eine Flamme? Eine Flamme ist eigentlich nur ein leuchtender Bereich in einem Gas (meist in Luft), der dadurch zustande kommt, dass das Gas in diesem Bereich ionisiert ist. Die Moleküle und Atome in diesem Bereich verlieren also ein oder mehrere Elektronen, oder lagern Elektronen an. Dadurch werden die Teilchen elektrisch geladen. Man nennt dieses ionisierte Gas auch "Plasma". Das Leuchten der Flamme bzw. des Plasmas basiert einerseits auf der meist hohen Temperatur in der Flamme (Körper mit hoher Temperatur geben eine Strahlung ab, die ab ca. 500°C auch nennenswerte Anteile im sichtbaren Bereich des Lichts enthält), und andererseits auf der Anregung von Atomen, die ihrerseits eine charakteristische Strahlung aussenden. Diese Strahlung ist gefärbt, ihre Farbe hängt von der Art der angeregten Atome ab (siehe Flammenfärbung).
Wie heiß wird eine Flamme?Die Temperatur einer Flamme hängt von vielen Faktoren ab, z.B. von der Art der verbrennenden Substanz, von der Vermischung der Gase (laminar, turbulent), ob die Gase vor der Verbrennung schon vorgemischt sind und deren Mischungsverhältnis, und bei laminaren Flammen von der Position der Temperaturmessung. Die folgende Tabelle gibt die Temperaturen einiger Flammen an.
Bei welcher Temperatur brennt ein Stoff?Man muss zwischen Flammpunkt und Zündtemperatur unterscheiden. Der Flammpunkt einer Flüssigkeit ist die niedrigste Temperatur bei der sich im Gasraum über der Flüssigkeit ein zündfähiges Gasgemisch bildet. Unterhalb des Flammpunktes ist es unmöglich einen Stoff zu entzünden, da die erzeugte Wärme aus der Reaktion der beteiligten Stoffe zu gering ist um eine Verbrennung aufrecht zu halten. In der Praxis sollte man bei der Lagerung von brennbaren Flüssigkeiten einen Sicherheitsabstand von zumindest 15° zum Flammpunkt einhalten. Bei Feststoffen und Gasen ist es nicht sinnvoll, einen Flammpunkt anzugeben.Die Zündtemperatur oder auch Selbstentzündungstemperatur ist jene Temperatur, auf die man einen Stoff erhitzen muss, damit sich dieser ohne Zündquelle von selbst entzündet. Die Zündtemperatur hängt nicht mit dem Flammpunkt zusammen, sondern vielmehr mit der Reaktionsfreudigkeit des jeweiligen Stoffes. Die folgende Tabelle gibt die Flammpunkte und Zündtemperaturen für einige Stoffe an:
Man kann also nach obiger Tabelle z.B. Diesel bei Raumtemperatur nicht entzünden. Allerdings, hält man ein Streichholz lange genug an die Dieseloberfläche, so erhitzt sich der Diesel in der Nähe des Streichholzes über den Flammpunkt und zündet. Die Flamme breitet sich dann kreisförmig aus, da die gestartete Verbrennung zunehmend größere Bereiche der Dieseloberfläche über den Flammpunkt erwärmt.
Was passiert in einer Flamme?Die Abläufe in einer Flamme sind extrem komplex und hängen naturgemäß von einer Vielzahl von Parametern ab, so dass man kaum allgemeine Aussagen treffen kann. Ganz allgemein muss in einer Flamme nicht unbedingt eine "Verbrennung" im herkömmlichen Sinn statt finden. Zur Erzeugung einer Flamme genügt die Zufuhr von ausreichend Energie um die Moleküle im Flammenbereich zu erhitzen und zu ionisieren. Diese Energie kommt in den meisten Fällen von einer Oxidationsreaktion mit Sauerstoff (die klassische Verbrennung), kann aber auch von einer beliebigen anderen Reaktion kommen (z.B. die Reaktion von Wasserstoff und Chlor zur Erzeugung von Chlorwasserstoff in einem HCl-Brenner) oder aus einem elektrischen Feld (z.B. Plasmaerzeugung für analytische Messgeräte wie ICP-AAS oder ICP-MS).Bei Flammen unterscheidet man zwischen diffusionskontrollierten Flammen und Flammen in vorgemischten Gasen. Beispiele für diffussionskontrollierte Flammen sind die Gasflamme des Küchenherdes, die Flamme in einem Dieselmotor, oder die Flamme des im Chemielabor verwendeten Bunsenbrenners. Im Normalfall sind die in einer Flamme ablaufenden Reaktionen viel schneller als die Diffusion (= Vermischung auf molekularer Ebene) der beteiligten Gase. Darum wird die Verbrennung in solchen Flammen durch die Diffusionsgeschwindigkeit kontrolliert. Flammen in vorgemischten Gasen treten z.B. im Benzinmotor auf. Dabei wird die Geschwindigkeit der Flammenfront u.a. durch die Reaktionsgeschwindigkeit der beteiligten Gase bestimmt.
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Last Update: 2013-08-08