Was ist eine Verbrennung?
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Grundlagen zum Thema Was ist eine Verbrennung?
Verbrennung in der Chemie
Die Sommer werden immer trockener und die Gefahr von Waldbränden damit immer größer. Aber was genau passiert eigentlich bei einem Waldbrand? Heute wollen wir uns anschauen, wie eine Verbrennung abläuft und wie die chemische Reaktion dazu aussieht.
In diesem Lerntext erfährst du einfach erklärt, was Verbrennungsprodukte sind, was eine Verbrennung ist, was man alles für eine Verbrennung benötigt und was überhaupt beim Verbrennen von Holz passiert.
Was ist eine Verbrennung in der Chemie? – Definition und Erklärung
Grundsätzlich verstehen wir unter einer Verbrennung eine chemische Reaktion, für die drei Dinge benötigt werden: eine Wärmequelle, ein Brennstoff und Sauerstoff.
Was genau passiert bei einer Verbrennung in der Chemie? – Beispiele
Was bei einer Verbrennung passiert und wie eine Verbrennung entsteht, schauen wir uns am Beispiel eines Waldbrands an. Die Bäume sind aus Holz, das heißt, sie sind brennbar und bilden damit den Brennstoff. In der Chemie wird zwischen brennbaren Stoffen und nicht brennbaren Stoffen unterschieden.
In der Luft befindet sich ausreichend Sauerstoff für eine Verbrennung. Wirft nun jemand eine glühende Zigarette weg oder schlägt ein Blitz in einen Baum ein, bildet dies die Wärmequelle, die den Brand entfacht. Brennt das Feuer einmal, produziert es selbst ausreichend Wärme, um weitere Bäume zu entzünden.
| Brennstoff | Holz der Bäume |
| Sauerstoff | Sauerstoff aus der Luft |
| Wärmequelle | glühende Zigarette, Blitzeinschlag |
Dabei wird die in den Bäumen gespeicherte Energie als Wärme- und Lichtenergie freigesetzt. Dies geht so lange weiter, bis eine der drei Voraussetzungen nicht mehr vorhanden ist. Um einen Brand zu unterbrechen, versucht die Feuerwehr mit Löschmethoden, dem Feuer eine der Grundlagen zu entziehen. So werden zum Beispiel Brandschneisen in den Wald geschnitten. Dadurch wird der Nachschub an Brennstoff unterbrochen. So kann sich das Feuer nicht weiter ausbreiten. Zusätzlich kann man dem Feuer auch die Wärme entziehen. Deshalb werden große Mengen an Wasser auf die Flammen verteilt.
Ein Waldbrand sieht natürlich zunächst groß und gefährlich aus und aus den verbrannten Bäumen entweichen Gase und Rauch als Verbrennungsprodukte in die Atmosphäre, deren charakteristische Gerüche noch in der Ferne wahrnehmbar sind. Aber unter der Asche können neue Pflanzen wachsen und mit der Zeit erholt sich der Wald wieder.
Wie heißen die Reaktionsprodukte einer Verbrennung?
Ganz allgemein kann nicht gesagt werden, welche Reaktionsprodukte bei einer Verbrennung entstehen. Das hängt stark von den beteiligten Brennstoffen ab. Auch ob die Verbrennung unvollständig oder vollständig erfolgt, spielt eine Rolle. Am häufigsten findet man eine Verbrennung von Kohlenstoff $\ce{C}$ vor. Bäume bestehen beispielsweise aus Kohlenstoffverbindungen. Aber auch Erdgas, das zum Beispiel zur Wärmeerzeugung verwendet wird, besteht aus Kohlenstoffen. Der Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan $\ce{CH4}$. Die Verbrennung von Erdgas in der Chemie soll an dieser Stelle als Beispiel für eine Reaktionsgleichung dienen, um den Verbrennungsprozess zu verdeutlichen. Dabei reagiert das Methan mit Sauerstoff $\ce{O2}$ zu Kohlenstoffdioxid $\ce{CO2}$ und Wasser $\ce{H2O}$.
$\ce{\underset{Methan}{CH4} + \underset{Sauerstoff}{2O2} -> \underset{Kohlenstoffdioxid}{CO2} + \underset{Wasser}{2H2O}}$
Dieses Video
Das Video erklärt den Verlauf und die Voraussetzung für eine Verbrennung in der Chemie am Beispiel von Holz.
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du interaktive Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Verbrennung in der Chemie, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Was ist eine Verbrennung?
Waldbrände können sich sehr schnell ausbreiten und so können sehr viele Bäume in nur wenigen Minuten verbrennen. Aber was ist eine Verbrennung eigentlich? Eine Verbrennung ist eine chemische Reaktion, für die drei Dinge benötigt werden: erstens etwas, das brennen kann, der sogenannte Brennstoff; zweitens Sauerstoff; und drittens eine Wärmequelle, um den Brennstoff zu entzünden. Bei einem Waldbrand sind die Bäume der Brennstoff und der Sauerstoff kommt aus der Luft. Die nötige Wärme, um das Feuer zu entzünden, stammt zum Beispiel von einem Blitz oder einer weggeworfenen Zigarette. Wenn das Feuer aber einmal entfacht ist, produziert es selbst die Wärme, die nötig ist, um weitere Bäume zu entzünden. Die Wärme- und die Lichtenergie, die während der Verbrennung freigesetzt werden, stammen von Energie, die in den Bäumen gespeichert ist. Diese gespeicherte Energie wird durch eine chemische Reaktion freigegeben. Du kannst ein Feuer stoppen, indem du ihm eine seiner drei Grundlagen entziehst. Feuerwehrleute können dem Feuer zwar nicht den Sauerstoff in der Luft entziehen, dafür aber die Wärme, indem sie große Mengen Wasser über den Flammen verteilen. Außerdem können sie den Brennstoff entfernen, indem sie baumlose Flächen in den Wald schneiden, Brandschneisen genannt. Wenn das Feuer die Brandschneise erreicht, vergeht es, weil ihm der Brennstoff fehlt. Während eines Brandes verbrennen zwar die Bäume, es entstehen jedoch neue Stoffe: Gase und Rauch in der Luft und Asche auf dem Boden. Es scheint vielleicht so, als hätte das Feuer alles vernichtet, aber nun, da nichts mehr das Sonnenlicht fernhält, werden aus Samen im Waldboden neue Bäume wachsen und eines Tages wird sich der Wald erholt haben.
Was ist eine Verbrennung? Übung
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Vervollständige die Informationen über das Entfachen und Erlöschen eines Feuers.
TippsSieh dir das Verbrennungsdreieck im ersten Bild genau an. Welche drei Bedingungen kannst du ablesen? Wie könnte man Hitze noch beschreiben?
LösungUm ein Feuer zu löschen, entziehen die Feuerwehrleute dem Feuer eine seiner drei essenziellen Grundlagen. Diese sind der Brennstoff, der Sauerstoff, welcher mit dem Brennstoff reagiert, und die Wärmeenergie.
Das Löschen mit Wasser hat zur Folge, dass die Wärme, welche für die Verbrennung benötigt wird, nicht mehr vorhanden ist.
Um ein Feuer von dem benötigten Sauerstoff abzuschotten, kann beispielsweise Sand verwendet werden. Aber auch Kohlenstoffdioxid-Feuerlöscher sind dazu in der Lage. Das Kohlenstoffdioxid verdrängt den Sauerstoff in der Luft und erstickt somit das Feuer.
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Beschreibe, welchen Einfluss die Handlungen der Feuerwehrleute im Bezug auf eine Brandbekämpfung haben.
TippsErinnere dich an die drei Grundlagen, die ein Feuer benötigt. Das Verbrennungsdreieck hilft dir dabei.
Nun überlege, welche der drei Grundlagen mit der jeweiligen Handlung dem Feuer entzogen wird.LösungDie Feuerwehr bekämpft ein Feuer, indem sie ihm eine seiner drei Grundlagen einzieht. Die drei Grundlagen sind:
- Brennstoff
- Sauerstoff
- Wärme
Bei großen Bränden wie einem Waldbrand werden häufig Brandschneisen geschnitten. Dabei werden Bäume abgeholzt, um dem Feuer zukünftigen Brennstoff zu entziehen.
Sand ist ein hervorragendes Material, um einem Feuer den Sauerstoff zu entziehen. Durch das Zuschütten des Feuers mit Sand steht dem Feuer kein Sauerstoff mehr für die Verbrennung zur Verfügung.
Das Auspusten eines Feuers funktioniert nur bei sehr kleinen Flammen wie einer Kerze. Bei großen Feuern hat dies jedoch den Effekt, dass dem Feuer mehr Sauerstoff zu Verfügung steht und es somit stärker brennt.
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Bestimme, bei welcher Methode zur Feuerbekämpfung es sich um Sauerstoffentzug handelt.
TippsDurch eine Decke kann man sich von seiner Umgebung ein wenig isolieren.
In der Atemluft befindet sich immer noch Sauerstoff.
LösungIn unserer Atemluft befindet sich auch nach dem Ausatmen immer noch Sauerstoff. Pusten hilft somit nicht dabei, einer Flamme den Sauerstoff zu entziehen. Das Löschen mit Wasser funktioniert dadurch, dass dem Feuer die benötigte Wärme bzw. Energie für die Verbrennung entzogen wird.
Um einem Feuer den Sauerstoff zu entziehen, muss man dieses von seiner Umgebungsluft abschotten. Dies funktioniert am besten mit einer Löschdecke, wie sie häufig bei Personenbränden verwendet wird. Aber auch Sand ist ein hilfreiches Material, um dem Feuer seine Sauerstoffzufuhr zu entziehen.
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Erkläre, warum die zwei Kerzenflammen unterschiedlich schnell erlöschen.
TippsFür ein Feuer müssen immer drei Dinge vorhanden sein: Brennmaterial, Wärme und Sauerstoff.
LösungUnter beiden Gläsern herrschen zu Beginn die drei Grundlagen für ein Feuer. Das Kerzenwachs dient als Brennmaterial, das Feuer produziert Wärme und der für die Verbrennung nötige Sauerstoff ist in der Luft enthalten.
Die beiden Gläser sorgen jedoch dafür, dass das Feuer der Kerzen von einer weiteren Sauerstoffversorgung abgeschnitten wird. Ihnen steht nur noch der Sauerstoff innerhalb des jeweiligen Glases zur Verfügung. Da die linke Kerze von einem kleineren Glas abgedeckt ist, steht ihr auch weniger Sauerstoff zur Verfügung. Die Kerzenflamme erlischt deshalb schneller.
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Beschreibe die Vorgänge, die während einer Verbrennung stattfinden.
TippsEin Lagerfeuer ist nicht nur wärmend, sondern erhellt auch die Umgebung.
Bei einer Verbrennung reagieren der Brennstoff und der Sauerstoff miteinander.
LösungBrennstoff, Sauerstoff und eine Wärmequelle sind die Grundlagen für das Entfachen eines Feuers. Fehlt eines dieser Elemente, so kann kein Feuer entstehen. Im Gegensatz zu Brennstoff und Sauerstoff muss dem Feuer, sobald es brennt, nicht ständig Wärme zugeführt werden. Durch die chemische Reaktion von Sauerstoff mit dem Brennstoff wird nämlich viel Wärmeenergie und auch Lichtenergie frei.
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Erkläre, warum Baumwolle schneller brennt als ein Holzstamm.
TippsJe größer die Oberfläche eines Stoffes ist, umso mehr Sauerstoff gelangt an den Stoff.
Je mehr Sauerstoff ein Feuer zur Verfügung hat, umso besser brennt dieses.
LösungBaumwolle ist ein sehr leichtes und weiches Material. Dies liegt daran, dass Baumwolle viele Hohlräume besitzt. In diesen Hohlräumen zwischen den einzelnen Fasern befindet sich lediglich Luft. Baumwolle hat also im Verhältnis zum Volumen eine größere Oberfläche als ein Holzstamm. Man spricht hier auch von einem größeren Zerteilungsgrad.
Je größer der Zerteilungsgrad eines Stoffes ist, also je feiner er zerteilt ist, desto größer ist seine Oberfläche. Und je größer die Oberfläche ist, umso mehr Sauerstoff gelangt an den Stoff und desto leichter kann ein Feuer entzündet werden.
Daher ist es auch leichter kleine Äste zum Brennen zu bringen als große Baumstämme. Wenn du jedoch den Baumstamm in kleinere Stückchen hackst, dann erhöhst du den Zerteilunsgrad des Holzes und kannst diese anschließend auch leichter zum Brennen bringen.
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Für den Anfang gut erklärt
supar