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Brennmaterial, Sauerstoff, Zündtemperatur –
war es das?

Die Größe der brennenden Oberfläche

Gehen wir noch mal kurz zurück zum Eisen. In Papas Werkstatt findet ihr bestimmt noch einen Nagel. Bittet euren erwachsenen Assistenten doch mal, den anzuzünden. (Er soll den Nagel aber nicht direkt anfassen, sondern mit einer Zange halten. Metall wird sehr schnell heiß.)
Brennt der Nagel? Nein, er brennt nicht. Den Nagel interessiert das Streichholzfeuer überhaupt nicht.
Hm, also Eisen ist da, Temperatur ist da, Sauerstoff ist da – und trotzdem geht es nicht?
Naja, es kommt einfach nicht genug Sauerstoff ran an das Eisen. Die Reaktion zwischen Sauerstoff und Eisen kann sich nur an der Oberfläche des Nagels abspielen. Klar, im Innern des Nagels ist ja kein Sauerstoff. Dasselbe gilt für die Stahlwolle, auch hier kann der Sauerstoff nur an der Oberfläche mit dem Eisen reagieren. Aber die Stahlwolle besteht aus vielen kleinen Fasern, jede davon hat eine Oberfläche, mit der sie mit Sauerstoff in Berührung kommt. Insgesamt kommt da viel mehr Oberfläche zusammen als beim Nagel. Der Sauerstoff hat mehr Angriffsfläche, mehr Sauerstoffteilchen können mit Eisenteilchen reagieren als beim Nagel.

Allerdings kann auch ein Stück Eisen (wie der Nagel) anfangen zu brennen, wenn man es heiß genug macht. Ein Schmied muss aufpassen, dass das Eisen nicht zu lange im Feuer bleibt, weil es dann sehr wohl Feuer fangen kann. Ein Schmiedefeuer ist viel heißer als die Flamme eines Streichholzes.

Halten wir mal wieder ein Forschungsergebnis fest:

Je größer die Oberfläche ist, also je mehr Sauerstoff an das Brennmaterial herankommt, desto leichter ist die Verbrennung.

Wieso sind Staubexplosionen so gefährlich?

Habt ihr schon mal von einer Mehlstaubexplosion gehört? Sowas kann in Mühlen passieren und ist sehr gefährlich. Auch Staubexplosionen entstehen, weil die vielen kleinen Teilchen zusammen eine riesige Oberfläche haben, an der die Verbrennung stattfinden kann. Deshalb läuft die Verbrennung extrem heftig ab. Eine Explosion ist ja nichts anderes als eine extrem plötzlich und heftig ablaufende Verbrennung. Eine normale Tüte Mehl hat eine Oberfläche, die ungefähr so groß ist wie ein Din-A4-Blatt. Nun stell dir vor, dieses Mehl hängt als fein verstäubte Wolke in der Luft. Dann ist die Oberfläche der Mehlkörnchen plötzlich tausendmal so groß! Wenn nun ein kleiner Funke dazukommt und die Wolke an einer Stelle entzündet, breitet sich die Reaktion schlagartig durch die ganze Mehlwolke aus und es kommt zur Explosion.

Feuerspucker nutzen diesen Effekt übrigens auch aus: Sie pusten oder spucken brennbare Flüssigkeiten oder Pulver in eine Flamme (bspw. eine Fackel). Dabei zerstäuben das Pulver oder die Flüssigkeit und bildet viele feine Teilchen oder Tröpfen, die dann insgesamt auch ein sehr große Oberfläche haben. Sie verbrennen sehr schnell und es entsteht eine sehr große Flamme.

Dank an Thomas Hüttmann für die tolle Vorstellung des Feuerspuckens!

Da das Feuerspucken für uns viel zu gefährlich ist, probieren wir eine harmlosere Variante in unserem nächsten Experiment aus. Such dir eine Zitrusfrucht (Orange, Clementine oder Zitrone) und schäle sie. Nimm dir ein Stück Schale und halte es in die Nähe einer Kerzenflamme. Nun knickst du die Schale. Beim Knicken spritzen Öltröpfchen aus der Schale. Dieses Fruchtöl ist brennbar und vor allem sind die Tröpfchen so klein, dass sie eine große Oberfläche ergeben. Spritzt du diese Tröpfchen in die Kerzenflamme, bilden sie daher eine kleine Stichflamme.

Öltröpfchen, die aus einer Orangenschale in eine Kerzenflamme spritzen, erzeugen eine kleine Stichflamme. (Die Orange oder Zitrone muss frisch sein, damit die Schale noch knackig ist. Sonst spritzt es nicht richtig.)

Der Öltröpfchenversuch als animiertes GIF.

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zuletzt aktualisiert: April 2012