Was passiert chemisch gesehen in der Flamme einer Kerze? Welche Atome leuchten und warum?
Der Docht enthält zum einen Wachs. Doch was sind die Bestandteile der Flamme, und was ist das für ein physikalischer Zustand ?
6 Antworten
Vielleicht hilft dir ein Buchauszug weiter:
Wenn man eine Streichholzflamme an den Docht hält, steigt durch ihre Wärme die Temperatur des festen Wachses an und vergrößert den Grad der molekularen Unruhe und Bewegung. Wenn die Wachsmoleküle warm genug sind, lösen sie sich voneinander, wirbeln durcheinander und schmelzen das Wachs. Wir wissen auch, warum das zunächst undurchsichtige Wachs transparent wird: Zunächst bilden die Wachsmoleküle Gruppen, die Licht streuen, dann aber löst sich die Ordnung auf. Das Licht wird nicht mehr reflektiert, sondern durchgelassen. Die Wärme der Flamme erhitzt das Kerzenwachs, und die Wachsmoleküle erhalten genug Energie, um in die Luft zu entkommen. Diese Moleküle bestehen wie alle Kohlenwasserstoffe aus einer langen, von Wasserstoffatomen gesäumten Kohlenstoffkette, die, sobald sie mit der Hitze der Streichholzflamme in Berührung kommen, zusätzliche Energie aufnehmen und so heftig vibrieren, dass sie in kleinere Moleküle zerspringen. Dieser Vorgang heißt Pyrolyse. Die Bruchteile reagieren mit dem Luftsauerstoff, und so entsteht Feuer.
Die Wachsdämpfe und der Sauerstoff verbinden sich bei hohen Temperaturen im Flammenmantel und geben Wärme ab, d. h., der Luftsauerstoff und die Kohlenstoffverbindungen des verdampften Wachses finden sich zu neuen chemischen Bindungen zusammen. Die sich daraus ergebende Temperaturerhöhung, lässt das Wachs schmelzen und verdampfen und nährt damit den dunklen Kern der Flamme. Gleichzeitig gelangt durch Diffusion (Verteilung) und Konvektion (Aneinanderhaften) Sauerstoff aus der Luft an die Flammenoberfläche, deren Gestalt durch ein labiles Gleichgewicht zwischen diesen beiden Kräften bestimmt wird. Der Brennprozeß wird kompliziert durch die Entstehung von freien Wasserstoff und Sauerstoffatomen und deren Verbindung, dem Hydroxyl. Diese chemischen Stoffe sind Radikale und haben, wie der Name besagt, die Fähigkeit, chemischen Aufruhr zu bewirken. So verbinden sich beispielsweise freie Wasserstoffatome mit Sauerstoff aus der Luft in einer Reaktion, bei der viel Wärme frei wird und Sauerstoff und Hydroxylradikale entstehen. Sie steigen hoch, da heiße, weniger dichte Produkte durch sogenannte Konvektion aufsteigen; dabei wird Sauerstoff zugeführt, während Verbrennungsprodukte abgeführt werden, und das verleiht der Flamme ihre charakteristische Tropfenform.
Wenn Sie eine Kerzenflamme genauer betrachten, sehen Sie, dasssich genau über und um den brennenden Docht herum ein dunkler Kegel ausbildet, über dem ein leuchtender gelber Beeich liegt. Die Temperatur des dunklen Kegels ist relativ niedrig 600'C), im Inneren des hellen Bereichs aber hoch (1200'C). Am heißesten (1400'C) ist der Rand des gelben Teils der Flamme. Die verdampften Wachs Kohlenwasserstoffmoleküle werden von der Wärme im dunklen Kegel in der Nähe des Dochts zersetzt. Um den gelben Bereich der Flamme herum reagieren die Radikale dieser aufgebrochenen Kohlenwasserstoffe mit Luftsauerstoff und bilden in einem Vorgang, den wir noch nicht ganz verstehen, Kohlendioxyd und Wasser. Das können Sie leicht bestätigen, indem Sie einen Löffel über die Flamme halten. Sie sehen dann, wie Wasser auf dem kühleren Metall kondensiert; wenn Sie den Löffel in den gelben Bereich halten, setzt sich Ruß ab, und wenn Sie ihn über den Docht in der dunklen Zone halten, kondensieren verdampfte Kohlenwasserstoffe zu einer dünnen Wachsschicht. Dies ist einer der vielen Versuche, die Faraday bei seinen Weihnachtsvorlesungen vorführte. Der leuchtende gelbe Bereich der Flamme, der das meiste Licht erzeugt, heißt Kohlenstoffbereich. Die dort lauernden Rußteilchen bestehen aus Kohlenstoffatomen, die aus ihren ursprünglichen Ketten im Wachs freigesetzt wurden und sich zunächst zu unterschiedlich großen sechseckigen Anordnungen mit einer Größe von 10 bis 200 Nanometern und dann zu Ketten zusammengefunden haben. Der Rußbereich enthält auch die bei Physikern so beliebten, erst vor kurzer Zeit entdeckten Buckminsterfullerene.
Auszug aus dem Buch "Können Engel fliegen?" von Roger Highfield, 5. Kapitel: "Die Weihnachtskerze und der Baum", Seite 113 ff.
Das, was bei der Kerzenflamme gelb leuchtet, sind glühende Rußpartikel (also reiner Kohlenstoff). Es können daher nur solche Flammen gelb leuchten, welche durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen oder kohlenstoffhaltigen Brennstoffen entstehen.
Eine Flamme enthält relativ langkettige Kohlenstoff - Wasserstoff Moleküle (Alkane), da sie sonst bei Zimmertemperatur niemals fest wären! Zuerst werden sie durch das Anzünden gasförmig und verbrennen dann zu H2 O und C O2.
Die Flamme besteht aus verdampftem Wachs, welcher brennt, wie bei allen Materialien, es ist immer nur das Gas, welches brennt. Weshalb es leuchtet weiss ich auch nicht, wird aber an der Chemischen Reaktion liegen, da sich irgendwelche Inhaltsstoffe des Wachses mit Sauerstoff verbinden....
wenn eine kerze brennt ist dies ja eine chemische reaktion das wachs reagiert mit der luft und ich denke mal dass das leuchten daran liegt, dass durch die hitze die elektronen der atome sich kurzeitig vom orbitel lösen un gleich wieder zurückspringen