Das Element: Feuer


Im Gegensatz zu Wasser, Luft und Erde, die innerhalb des Periodensystems ein Gemisch bzw. eine Verbindung von Stoffen (Gase, Metalle und Nichtmetalle) darstellen, ist Feuer in diesem Sinne kein Element, sondern eine Erscheinung aufgrund einer chemischen Reaktion. Dies führt zu einem Alleinstellungsmerkmal im Sinne der 4-Elementen-Lehre und macht es zu einem besonderen Phänomen.

 

Abb. Lagerfeuer am See
Abb. Lagerfeuer am See

Für den Menschen ergibt sich eine Ambivalenz. Während unter bestimmten Bedingungen von ihm große Gefahren ausgehen, besitzt es auch einen sehr positiven Charakter.  Aufgrund unserer Erfahrungen, die wir im Laufe des Lebens sammeln, wird ihm durch unser Bewertungssystems im Gehirn eine entsprechende Bedeutung zugeschrieben.

 

Im Sinne der Evolution genießt es jedoch einen hohen Stellenwert, denn ohne die Nutzbarmachung des Feuers, hätte sich unsere Gesellschaft nicht so entwickeln können, wie sie es tat. Es wird deutlich, dass der Mensch und das Feuer untrennbar miteinander verbunden sind, weshalb es sich lohnt, das eigene Verständnis zu prüfen und ggf. zu erweitern.

 

Redoxreaktion


Im Sinne der Naturwissenschaft ist Feuer eine chemische Reaktion, die als Verbrennung bezeichnet wird. Unter einer Verbrennung versteht man eine sogenannte Redoxreaktion (Reduktions-Oxidations-Reaktion), bei der ein Stoff A (Reduktionsmittel, Donator) mit einem Stoff B (Oxidationsmittel [Sauerstoff], Akzeptor) reagiert.

 

Bei diesem Vorgang der exothermen Oxidation (Oxidation = Anlagerung von Sauerstoff an ein anderes oxidierbares Atom, Molekül oder Teilchen) werden die Elektronen (Elementarteilchen) von einem Reaktionspartner (Donator) auf den Akzeptor übertragen. Dieser Prozess setzt Energie frei, die zuvor in gebundener Form bereits vorlag (Energieerhaltungssatz). Diese Freisetzung der Energie kann, wenn die Reaktion schnell genug abläuft, in Form von Licht und Wärme wahrgenommen werden.

 

Licht stellt dabei den sichtbaren Bereich von elektromagnetischer Strahlung dar und ist wie die Wärme eine physikalische Größe. Die Brennchemie unterscheidet vier verschiedene Verbrennungsarten:

 

  1. mit Flammenbildung
  2. in Form von Glut ohne Flammenbildung
  3. unvollständige Verbrennung (z. B. Schwelbrand) und
  4. kalte Oxidation (z. B. bei der menschlichen Verdauung)

 

Definitionen:

 

Feuer

=>  sichtbare, physikalische Erscheinung einer chemischen Verbrennung (Redoxreaktion) mit Wärmestrahlung, die je nach Stoffart mit Flamme oder Glut einhergeht.

 

Flamme

= Brennender, lichtaussendender Bereich von Gasen und Dämpfen eines glühenden Kohlenstoffstroms, in dem elektromagnetische Wellen in einem bestimmten Lichtspektrum (sog. sichtbarer Spektralbereich) ausgesendet werden.

 

Glut

= erwärmter Feststoff mit sichtbarer Wärmestrahlung. Aus der Glutfarbe lassen sich Rückschlüsse auf die Oberflächentemperatur des Stoffes ziehen:

  • Grauglut = ca. 400 °C
  • Rotglut = ca. 525 °C
  • Weißglut = bis ca. 1.600 °C

Voraussetzung für eine Verbrennung


Damit ein sichtbares Feuer entstehen kann, müssen drei grundlegende Faktoren erfüllt sein. In diesem Zusammenhang spricht man auch von dem Verbrennungsdreieck.
Verbrennungsdreieck
Abb. Verbrennungsdreieck (eig. Darstellung)

Jedes Feuer benötigt daher:

  • einen brennbaren Stoff
  • Sauerstoff
  • eine Zündtemperatur

Neben diesen drei Faktoren ist das richtige Mengenverhältnis von Bedeutung.

 

Liegt dieses nicht vor, kann eine Verbrennung nicht statt finden.


Brennbarer Stoff:

Es handelt sich um einen chemischen Stoff, dessen Bestandteile (Atome, Moleküle) in der Lage sein müssen mit Sauerstoff zu reagieren. Als brennbarer Stoff kommen flüssige, gasförmige und feste Stoffe, einschließlich Dämpfe, Nebel und Stäube in Betracht, die im Gemisch oder in Kontakt mit Sauerstoff zu brennen angeregt werden können.

 

Sauerstoff:

Sauerstoff ist ein farbloses Gas, welches im Periodensystem mit dem Symbol O (Oxigenium) benannt ist. In der Einatmluft kommt er zu 21% vor. Obgleich er für die meisten Lebewesen notwendig ist, ist er in  hohen Konzentrationen toxisch (giftig).

 

Zündtemperatur:

Jeder brennbare Stoff benötigt eine bestimmte Temperatur, damit die Reaktion mit Sauerstoff in Gang gesetzt werden kann. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer sogenannten thermischen Aufbereitung.


Experiment:

Schauen wir uns den Vorgang einer thermischen Aufbereitung in 3 Phasen genauer an. Wir nehmen dazu ein Stück Holz (z. B. ein kleines Brett) und ein Feuerzeug.

 

Phase 1:

 

Entzünden wir das Feuerzeug und halten die Flamme unter das Brett, so wird dieses erwärmt. Je nachdem welcher Teil der Flamme das Holz berührt, bildet sich in einer ersten schneller Reaktion ein Rußfilm. Nach einer gewissen Zeit kann beobachtet werden, wie das Holz beginnt brennbare Gase zu entwickeln. Entfernt man in diesem Stadium das Feuerzeug, lässt die Gasentwicklung relativ schnell nach. Das Holz kann man noch für einen Moment lang riechen. Ein fortschreitender Verbrennungsprozess findet jedoch nicht mehr statt, da die Temperatur nicht hoch genug ist, um mit Sauerstoff zu reagieren.

Phase 2:

 

Halten wir das Feuerzeug weiter unter das Holz, nimmt dessen Temperatur zu und wir erreichen den Flammpunkt. Dabei handelt es sich um die niedrigste Temperatur, die ein Stoff benötigt, um genug brennbare Gase zu entwickeln, damit eine Reaktion mit Sauerstoff stattfinden kann. Wir beobachten in unserem Experiment nun erste, kleine und zarte Flammen, die sich am Holz anhaften. Wird in diesem Stadium unsere Zündquelle entfernt, kommt die Verbrennung ebenfalls zum Erliegen. Die Flamme erlischt selbstständig.

Phase 3:

 

Bei Nichtentfernung unserer Zündquelle steigt die Temperatur des Stoffes (in unserem Beispiel Holz) weiter an, sodass wir nach einer Weile den Brennpunkt erreichen. Ab jetzt ist die Temperatur hoch genug, sodass auch nach Entfernung der Zündquelle eine kontinuierliche Verbrennung statt findet und wir das Holzstück angezündet haben. Die Temperatur, die benötigt wird, um diese kontinuierliche Verbrennung in Gang zu setzen, wird auch als Zündtemperatur, Entzündungstemperatur, Zündpunkt oder Entzündungspunkt bezeichnet.


WICHTIG! Merke:

Jeder Stoff verhält sich anders! Die nötige Zündtemperatur kann unterschiedlich hoch sein, weshalb brennbare Materialien auch mit entzündlich, leicht entzündlich und hochentzündlich klassifiziert werden. Auch Flamm- und Brennpunkt können unterschiedlich weit auseinander bzw. ganz nah beiander liegen.