Besondere Verbrennungserscheinungen - Feuerlöschen

Oberfächenvergrößerung begünstigt den Verbrennungsablauf. Die langsame Verbrennung. Feuerlöschen.

OK, dann spendir mir wenigstens ein Bier




14. Besondere Verbrennungserscheinungen - Feuerlöschen

Stahlwolle kann sehr leicht mit einem Streichholz entzündet werden. Bläst man Aluminiumpulver in eine Flamme, verbrennt es mit einer Stichflamme. Offensichtlich reagieren fein verteilte, pulverisierte Stoffe schneller als Stoffe, die in kompakten Einzelstücken vorliegen. Pulverisierte Stoffe besitzen eine viel größere Oberfläche, daher verbinden sich bei der Verbrennung die Sauerstoffmoleküle viel schneller mit den feinen Teilchen des Feststoffes.

 
 
Blase über ein Rohr Aluminiumpulver in eine Brennerflamme. Dabei das Rohr nicht auf andere richten, denn es kommt zu einer heftigen Stichflamme!

In Versuch 2 wird Holzstaub von der Kerzenflamme entzündet. Der Verbrennungsvorgang läuft dabei so schnell ab, dass es zur Explosion kommt. Solche gefählichen Staubexplosionen treten vermehrt in Kohlebergwerken, Mühlen oder holzverarbeitenden Betrieben auf (Mehlstaubexplosion in der Rolandmühle im Februar 1979 in Bremen). Schon durch den elektrischen Funken beim Umlegen eines Lichtschalters kann trockener, brennbarer Staub explodieren, genauso verhält es sich bei Kunstoffen durch Reibungselektrizität. Gemische aus brennbaren Gasen und Luft sind besonders explosiv, da Gase die größte Oberfläche besitzen Gase (Versuch 2, Kapitel 13).


Zunahme der Gesamtoberfläche
Bild 1. Beim Zerteilen eines Körpers nimmt die Gesamtoberfläche zu.

Vorführung einer Staubexplosion
Bild 3. Versuchsaufbau zur Demostration einer Staubexplosion. Mit dieser Versuchsanordnung kann eine Staubexplosion vorgeführt werden.

 
 
Baue eine Versuchsanordnung nach Bild 3 auf. Bringe in den Trichter etwas Glaswolle und häufe etwas Holzstaub darauf an. Zünde nun die Kerze an und setzte einen Deckel auf das Gefäß. Verteile nun den Holzstaub durch kräftiges Einblasen im Gefäß.

In einem Gebäude mit defekten, undichten Gasleitungen können Gasgemische entstehen, die bei der Zündung durch einen Lichtschalter, einen Kurzschluss oder durch ein Streichholz so heftig explodieren, dass das Gebäude unter der Wucht der Explosion einstürzt. »Schlagwetterexplosionen« in Bergwerken werden durch unerwartet austretendes Grubengas ausgelöst, dabei kann ein 5,5%-13,5%iges Gemisch aus Grubengas und Luft schon durch Funkenbildungen gezündet werden, die beim Schlag eines Hammers auf Stein entstehen.

Eine kontrollierte Explosion läuft im Zylinder eines Verbrennungsmotor ab. Hier wird ein Gemisch von Treibstoff und Luft durch die Zündkerzen gezündet. Die dabei entstehende Energie wird über mehrere Stationen dann auf die Räder übertragen.

Bild 4. Vorführung einer Mehlstaubexplosion
 

Brenngas wird mit Luft vermischt
Bild2. Im Kamin eines Laborbrenners wird das Brenngas mit Luft vermischt. Die Temperatur der Flamme hängt vom Mischungsverhältnis des Gases mit Luft ab. In der Flamme herschen wegen dieses Mischungsverhältnisses verschiedene Temperaturen.

 
Explosion: eine schnell ablaufende Verbrennung, die mit einer plötzlichen Ausdehnung (Gasentwicklung, Hitze!) verbunden ist
 
Zünde eine Kerze wird mit einem Zündholz an und blase sie kurze Zeit später wieder aus. Führe nun das noch brennende Zündholz von oben in den aufsteigenden Rauch.
 
Eine Flamme ist ein an Luft brennender Gasstrom

Die Flamme eines Bunsenbrenners ist brennendes Gas, meist handelt es sich um Leuchtgas, Erdgas oder Propangas. Über eine Zuleitung im Standfuß wird das Gas dem Brenner zugeführt und steigt mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse in den Mischkamin, wo es sich mit Luft vermischt. Die Menge der Luft, die sich mit dem Gas vermischen soll, kann durch eine Stellschraube eingestellt werden. Dies ist besonders wichtig, da die Temperatur der Flamme von der Gasart und dem Anteil der zugeführten Luft abhängt.

Die Flamme einer Kerze ist ebenfalls brennendes Gas. Das flüssige Kerzenwachs steigt im Docht nach oben. Mit zunehmender Hitze geht es in den Dampfzustand über und verbrennt.

Die langsame Verbrennung

An der Luft verlieren etliche Metalle, beispielsweise Kupfer, Eisen oder Zink schnell ihren typischen Metallglanz und auf der Oberfläche bildet sich langsam eine Schicht aus Metalloxid. Dieser Vorgang wird als langsame Verbrennung bezeichnet, denn sie läuft ohne Feuererscheinung und unterhalb der Entzündungstemperatur ab. Ein bekanntes Beispiel ist der Eisenrost, der durch eine langsame Verbrennung entsteht.

Bei der Atmung werden Kohlenstoffverbindungen verbrannt, auch sie ist eine langsam ablaufende Verbrennung, bei der die gewonnene Energie dem Organismus zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktionen dient. Bei der Atmung entsteht Kohlenstoffdioxid, diese Tatsache kann man mit Versuch Versuch 4 nachweisen, in dem Kalkwasser eine Trübung erfährt.

 
 
Zwei zur Hälfte mit Kalkwasser gefüllte Gefäße werden über ein T-Stück verbunden, an dem sich ein Schlauch befindet. Über den Schlauch wird nun ein- und ausgeatmet. Vorscht! Auf richtige Anschlüsse achten.
Bild 5. Nachweis von Kohlenstoffdioxid in der ausgeatmeten Luft. Die Trübung von Kalkwasser gilt als Nachweis führ Kohlenstoffdioxid. Das Kalkwasser wird von der eingeatmeten Luft nicht verändert
 
 
Verbrennungsgeschwindigkeit wird durch Oberflächenvergrößerung der Brennstoffe stark erhöht
 
Langsame Verbrennung ist eine unterhalb der Entzündungstemperatur ablaufende Oxidation eines Stoffes (Rosten, Atmung)
 
Feuerlöschen: Luftabschluß, Unterschreiten der Entzündungstemperatur

Feuerlöschen

Ein Brand kann gelöscht werden, wenn es gelingt, 1.) die Entzündungstemperatur des brennenden Stoffes zu unterschreiten, und 2.) den Zutritt von Sauerstoff stark oder ganz herabzusetzen.

Beim Löschen mit Wasser werden zwar beide Bedingungen erfüllt, jedoch können brennende Flüssigkeiten nicht mit Wasser gelöscht werden. In diese Fall muß die Sauerstoffzufuhr durch Sand oder feuerfeste Decken unterbrochen werden. Ein kleinerer Brand kann mit mit Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff aus Stahlflaschen gut gelöscht werden.

Beim Schaumlöschen (Versuch 5) sprüht man einen kohlenstoffdioxidhaltigen Schaum auf den Brandherd. Beim Trockenlöschen verstreut man ein Pulver, das unter Wärmeeinwirkung Kohlenstoffdioxid abgibt, auf den Brandherd. Beide Löschmethoden finden in den handelsüblichen Feuerlöschgeräten Anwendung.


Feuerlöscher mit Betriebsanleitung
Bild 5. Feuerlöscher mit transparentem Löschmittelbehälter (für Schulungszwecke)
Bild 6. Modellversuch zum Schaumlöschen.

 
 
Schaumlöschen nach Flörke: Es wird ein Gemisch aus 75 g Weinsäure, 84 g Natriumhydrogencarbonat und 5 g Saponin bereitet und ein Teil davon in eine Waschflasche gefüllt. Vorsicht! Nun gibt man 3 ml Benzin in eine Pozellanschale, stellt die Benzinflasche weg und zündet dann das Benzin in der Schale an. Jetzt läßt man aus der Wasserleitung in die Waschflasche Wasser fließen. Den herausspritzenden Schaum richtet man auf das brennende Benzin