Die Verbrennung

Eine Verbrennung ist eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert und dabei Energie in Form von Wärme und Licht abgibt. Chemiker nennen eine Reaktion mit Sauerstoff eine Oxidation, die entstehenden Stoffe heißen Oxide. Verbrennt Kohlenstoff, entsteht Kohlenstoffdioxid (CO2), verbrennt Wasserstoff, entsteht Wasser (H2O). Die Verbrennung ist also exotherm: Es wird mehr Energie frei, als man zum Anzünden hineinstecken muss.

Damit ein Feuer brennt, müssen drei Dinge gleichzeitig vorhanden sein: ein brennbarer Stoff, genug Sauerstoff und die richtige Zündtemperatur. Man spricht vom Verbrennungsdreieck. Fehlt eine Seite, erlischt das Feuer. Genau so funktioniert Löschen: Wasser kühlt unter die Zündtemperatur, eine Löschdecke schneidet den Sauerstoff ab, und bei einem Waldbrand schlägt man Schneisen, damit kein Brennstoff mehr nachkommt.

Ein typischer Fehler ist die Annahme, bei einer Verbrennung werde Stoff vernichtet, weil von einem Holzscheit nur ein wenig Asche übrig bleibt. Tatsächlich entweichen die meisten Produkte als Gase, vor allem Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf. Fängt man alle Produkte auf, sind sie sogar schwerer als der Brennstoff allein, denn der Sauerstoff aus der Luft ist mit eingebaut. Die Masse bleibt bei jeder chemischen Reaktion erhalten.

Nicht jeder Brennstoff setzt bei der Verbrennung gleich viel Energie frei. Der sogenannte Heizwert gibt an, wie viel Energie beim vollständigen Verbrennen eines Kilogramms eines Stoffes freigesetzt wird, gemessen in Megajoule pro Kilogramm. Wasserstoff hat mit Abstand den höchsten Heizwert aller gängigen Brennstoffe, weil bei seiner Verbrennung sehr viel Energie pro Kilogramm Ausgangsstoff frei wird.

Fossile Brennstoffe wie Benzin und Erdgas liegen im mittleren Bereich, Holz deutlich darunter, weil es neben brennbarem Kohlenstoff auch Wasser und andere nicht brennbare Bestandteile enthält. Deshalb muss zum Erreichen derselben Heizleistung deutlich mehr Holz verbrannt werden als Erdgas. Dieser Unterschied ist ein wichtiger Grund, warum Wasserstoff als Energieträger der Zukunft diskutiert wird, auch wenn seine Herstellung und Lagerung technisch aufwendig sind.

Ein häufiger Fehler beim Ausgleichen von Verbrennungsgleichungen ist, zuerst den Sauerstoff auszugleichen und dabei die Wasserstoff- oder Kohlenstoffatome aus den Augen zu verlieren. Sinnvoller ist die Reihenfolge Kohlenstoff, dann Wasserstoff, zuletzt Sauerstoff, weil Sauerstoff meist in mehreren Produkten gleichzeitig vorkommt und deshalb als Letztes ausgeglichen werden sollte.

Ein zweiter Fehler ist, die tiefgestellten Indizes in einer Formel mit den Koeffizienten vor der Formel zu verwechseln. In 2 H2O bezieht sich die 2 vor der Formel auf zwei ganze Wassermoleküle, während die 2 in H2O ein fester Bestandteil der Formel ist und nicht verändert werden darf. Wer eine Formel selbst verändert, um die Gleichung auszugleichen, beschreibt einen anderen, oft gar nicht existierenden Stoff.

Ein dritter Fehler ist zu glauben, mehr Sauerstoff mache eine Verbrennung automatisch heftiger und gefährlicher in jedem Fall. Zwar brennt es in reinem Sauerstoff sehr viel intensiver, aber im Alltag ist meist der gegenteilige Fehler wichtiger: zu wenig Sauerstoff, wie in einem geschlossenen Raum, führt zu gefährlichem, unvollständigem Verbrennen mit giftigem Kohlenstoffmonooxid.

Weil eine Verbrennung immer Brennstoff, Sauerstoff und Zündtemperatur gleichzeitig braucht, setzt jede Löschmethode gezielt an einer dieser drei Seiten an. Wasser kühlt den Brennstoff unter die Zündtemperatur und entzieht damit die dritte Seite des Dreiecks. Eine Löschdecke oder ein CO2-Feuerlöscher schneidet die Sauerstoffzufuhr ab, ohne die anderen beiden Seiten zu verändern. Bei einem Fettbrand darf niemals Wasser verwendet werden, weil das siedende Fett das Wasser explosionsartig verdampfen lässt und brennende Fetttröpfchen herausschleudert.

Im Chemieunterricht gilt beim Arbeiten mit offener Flamme wie dem Bunsenbrenner strikte Vorsicht: lange Haare zusammenbinden, brennbare Gegenstände vom Arbeitsplatz entfernen, und beim Erhitzen von Flüssigkeiten niemals über die Reagenzglasöffnung schauen, da plötzliches Siedeverzug die heiße Flüssigkeit herausschleudern kann. Ein Eimer Sand oder eine Löschdecke sollte griffbereit sein.