Was ist Feuer?

Aus chemischer und physikalischer Sicht lässt sich mit einfachen Worten erklären, was Feuer und Flamme ausmacht. Das ist allerdings nur die halbe Wahrheit. Die genauen Prozesse, die während einer Verbrennung ablaufen, sind meist unendlich kompliziert. Dies liegt unter anderem an der Vielzahl chemischer Stoffe, die miteinander reagieren. Zum Beispiel müssen Ingenieure, die sparsame und umweltschonende Verbrennungsmotoren konstruieren wollen, so manche harte Nuss knacken. Auch Brände von Chemieanlagen bergen oft unklare Risiken, da sich unbekannte, giftige Cocktails bilden können.

Feuer als chemischer Vorgang

Als Feuer bezeichnet man im allgemeinsten Sinn Oxidationsprozesse, bei denen sich Flammen bilden. Unter „Oxidation“ versteht man eine chemische Reaktion, bei dem ein so genannter „Oxidator“ (wie Sauerstoff) Elektronen an ein anderes Element (den Brennstoff) abgibt. Resultat dieser „exothermen Reaktion“ sind Wärme und sichtbares Licht. „Exotherm“ bedeutet, dass unter dem Strich mehr Energie freigesetzt wird, als von außen zugeführt wurde. Sind die Bedingungen für das Feuer günstig, beginnt nun eine Kettenreaktion, die das Feuer aufrecht erhält.

Ein konkretes Beispiel: Holz, Kohl, Benzin, Erdöl und andere Energieträger bestehen zu einem hohen Anteil aus dem Element Kohlenstoff, das durch den Buchstaben C symbolisiert wird. Das Kohlenstoff liegt dabei meist in vielen unterschiedlichen Verbindungen mit anderen Elementen vor. Ist neben diesem Brennstoff ausreichend Sauerstoff vorhanden, genügt ein Zündfunke, um die Oxidation – also die Verbrennung – in Gang zu setzen. Dabei gibt der Kohlenstoff einzelne Elektronen ab, die vom Sauerstoff aufgenommen werden. Außerdem können sich freie Kohlenstoff- und Sauerstoffatome zu einem neuen Molekül verbinden, dem Kohlenstoffdioxid. Dieses CO2 ist nicht brennbar, geruchlos und ist in unserer Atmosphäre auch für den Treibhauseffekt mitverantwortlich.

Wie entsteht Feuer?

Das Feuer, so wie wir es kennen, braucht zur Entstehung drei wichtige Voraussetzungen:

  • Brennstoff, zum Beispiel fossile Energieträger, Wasserstoff oder ein anderes Brenngas
  • Sauerstoff, der direkt mit dem Brennstoff in Kontakt kommt
  • Wärme, beispielsweise ein Zündfunken, ein gebündelter Sonnenstrahl oder eine Flamme

Diese drei Komponenten werden zur Veranschaulichung oft in einem so genannten „Verbrennungsdreieck“ angeordnet. Nur wenn alle drei Voraussetzungen gleichzeitig gegeben sind und das „Mischungsverhältnis“ stimmt, kann ein Feuer entstehen. Gibt es zu wenig brennbares Material oder zu wenig Sauerstoff oder ist die zugeführte Energie zu gering, bleibt die Verbrennungsreaktion aus. Ist das Feuer erst einmal entfacht, kann es die notwendige Wärme für eine kontinuierliche Kettenreaktion erzeugen.

Brennbare Stoffe können fest, flüssig oder gasförmig sein. Über flüssigen, aber auch über festen Brennstoffen bildet sich unter Wärmeeinwirkung ein Gas-Luft-Gemisch. Die Moleküle in diesem Gemisch reagieren besonders gut mit dem Sauerstoff. Der feste Brennstoff selbst (zum Beispiel Kohle) glüht häufig, ohne Flammen zu werfen.

Kerzenflamme - © RainerSturm / pixelio.de

Kerzenflamme – © RainerSturm / Pixelio.de

Was ist eine Flamme?

Die Leuchterscheinung, die wir als Flamme sehen, ist das Resultat einer Energieumwandlung. Die einzelnen Atome (Ionen) in einem brennenden Gas erhalten eine Energiezufuhr durch die Hitze des Feuers. Als Folge bewegen sich die Elektronen, die den Atomkern „umkreisen“ auf ein neues, höheres Energieniveau. Nach kurzer Zeit fallen die Elektronen auf ein niedrigeres Niveau zurück und geben die zugeführte Energie wieder ab – aber nun nicht als Wärme, sondern als Licht (Lichtquant).

Die Farbe der Flamme hängt von ihrer Temperatur und von den verbrennenden Substanzen ab. „Kühlere“ und sauerstoffarme Flammen sind eher rötlich, heißere und sauerstoffreiche dagegen blau. Eine typische Kerzenflamme verdankt ihre gelb-orange Färbung auch den Rußpartikeln, die im Wachsgas verbrennen und diesen als angenehm empfundenen Farbton abstrahlen.

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