Warum sind Acetylen Sauerstoff Explosion so unfassbar Laut?
Guten tag,
Ich habe es schon des öfteren in videos und einmal bei einem Kollegen in der Realität gesehen. Man füllt einen Luftballon mit einem Acetylen Sauerstoff Gemisch und zündet ihn von grosser Entfernung an und es entsteht ein Knall und eine Druckwelle das man ohne Gehörschutz taub werden würde waurm ist das so?
3 Antworten
Weil es sehr schnell verbrennt. Die Zündgeschwindigkeit von Acetylen-Sauerstoff ist mit 12m/s deutlich höher als die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase. Dadurch breitet sich die Flammenfront nach innen ins Zentrum des Brenngas-sauerstoff-Gemisches aus. Die Verbrennungsfronten treffen sich im Zentrum und werden in die noch andauernde Verbrennung der äußeren Schichten hinein reflektiert, was am Ende dazu führt, dass sich die Verbrennungsgase kugelförmig mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet. Das was du hörst ist der Überschallknall.
Die Antwort ist einfach. Stell dir einen Tetraeder vor. Wenn du dem bei der Verbrennung Suerstoff gibst, brennt es schön, je nach Mischungsverhältins knallt es auch. Ein ganz normales brennendes Gas Methan. Platziere an den Ecken des Tetraeders Wasserstoff und in der Mitte Kohlenstoff. Gut, Ethan hat zwei Kohlenstoff Atome, aber das spielt hier keine Rolle. Das sind ganz normale Brenngase wie Butan, Propan aus der Campingasflasche, welche noch mehr Kohlenstoffatome haben. Methan entsteht bei Faulprozessen.
Aber wenn du dort zwei Arme des Atoms zusammenkneifst braucht das Energie. Und wenn du das wieder verbrennst wird die Energie eben wieder frei. Bei drei Armen die zusammengekiffen werden noch mehr Energie. Wie bei einer Feder.
Bei drei Armen ist die Energie schon richtig hoch. Das macht mächtig peng. Mit Acetylen kannst du schweißen, was bei anderen Gasen nicht ohne weiteres geht. Da ist eben viel Energie wegen der eingeklemmten Arme drin. Bei Acetylein sind es sogar zwei Tetraeder also zwei mal drei Arme.
Für den Schulversuch reicht übrigens ein kleiner Metallzylinder mit einigen Kubickzentimetern Gemisch und dir fliegen die Ohren weg. Oder du hast bei einem Schweißbrenner die Mischung als Anfänger falsch eingestellt oder absichtlich zu demonstrationszwecken oder du machst ungewollt beim Schweißen etwas falsch. Das macht mächtig peng oder fliegt dir bei unsachgemäßen Schweißen gefährlich um die Ohren.
Wie die heutige Auffassung von Atomen ist, kann ich dir nicht sagen. Aber wenn man zwei mal drei Federn zusammenkneift ist, da eine Menge Energie drin. Das ist dann Ethin oder wie der Handesname sagt Acetylen.
Google auch mal Carbid.
Der zweite Punkt ist das Mischungsverhältnis. Nicht jedes Gemisch explodiert. Aber wenn du das richtige Mischungsverhältnis hast, schaffst du es schon mit ein wenig Mehl eine Explosion zu verursachen (Mehl ist ja auch Kohlenstoff mit wenig, aber genug Einergie für Bumm. Hast du dich schon einmal gefragt, warum Färber und Mühlen im Mittelalter vor den Stadtmauern waren. Und warum von Zeit zu Zeit solche Explosionen in der Presse stehen.
Und wenn Dreifachbindung und Mischungsverhältnis zusammen kommen macht es eben mächtig bumm. Dann funktioniert das bei dem Gas genauso wie bei Schwebeteilchen und Dreifachbindung hat eben viel Energie.
Sieh dir einfach mal ein paar Mittelschulbücher zum Thema an und du hast einen einfachen Einstieg oder mach etwas ehrenamtliches bei der Feuerwehr oder vielleicht eine Betriebsführung.
https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Acetylen
Der maximale Explosionsdruck bei einer Verbrennungsreaktion beträgt 11,1 bar.[19] Die Mindestzündenergie ist mit 0,019 mJ extrem niedrig und ist vergleichbar mit der von Wasserstoff.[19] Die Grenzspaltweite wurde mit 0,37 mm bestimmt.[19] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIC. Die Zündtemperatur beträgt 305 °C.[19] Dieser Wert gilt für ein Gemisch von 38 Vol% Ethin in Luft bei atmosphärischem Druck.[13] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2. Für eine effektive Selbstentzündung ist ein Luftanteil von etwa 10 Vol% notwendig. Selbstentzündungsversuche im Quarzrohr zeigen im Bereich ab 10 Vol% Luft einen signifikanten Abfall der Zündtemperatur von etwa 550–600 °C auf etwa 300–350 °C, was mit einem Übergang vom Selbstzerfall zu einem oxydativen Verbrennungsprozess interpretiert werden kann.[20] Die Temperatur des Selbstzerfalls von Acetylen beträgt unter diesen Bedingungen bei Atmosphärendruck 635 °C.[20]
Der Selbstzerfall von Acetylen kann durch verschiedene Quellen wie Reaktionswärmen, durch heiße Oberflächen, elektrostatische Entladungen, durch Kompressionswärme oder mechanische Schockwellen ausgelöst werden.[12] Bei Vorhandensein einer der genannten Zündquellen kann Acetylen unter Normaldruck schon ab 160 °C detonativ zerfallen.[21] Dagegen ist ein Gemisch von 72 Vol% Stickstoff und 28 Vol% Acetylen bei der gleichen Temperatur bis zu einem Druck von 20 bar stabil.[21] Die Stabilitätsgrenzdrücke in Abhängigkeit vom Stickstoffgehalt sind experimentell bestimmt worden.[22] Mit einer hinreichend starken Zündquelle kann der Zerfall von reinem Acetylen schon bei einem Druck von 0,8 bar ausgelöst werden.[23] Die Neigung zum Selbstzerfall ist unter anderem von der Geometrie der Gefäße abhangig.[12] Die Zerfallsneigung in Rohrleitungssystemen und Pipelines ist umfangreich untersucht worden.[13][24][25] Der Zerfall ist von Wandflächen abhängig, die bei einer beginnenden Kettenreaktion Radikale adsorbieren und Energie aufnehmen und die Gasphase damit stabilisieren können. Insgesamt ist der Selbstzerfall von Acetylen von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, was bei einem geplanten Umgang mit diesem Stoff in jedem Fall eine Einzelfallbetrachtung notwendig macht. Der Umgang mit Acetylen insbesondere unter Druck ist gefährlich und erfordert das unbedingte Einhalten der technischen Regelwerke.[13]
Auf Grund seiner Neigung zur Deflagration bzw. Detonation kann Acetylen nicht wie andere Gase verflüssigt in Druckbehältern bzw. Druckgasflaschen gelagert werden. Hier wird es in Lösungsmitteln wie Aceton oder Dimethylformamid, in denen es eine hohe Löslichkeit besitzt, gelöst. Diese Lösung ist wiederum in einem porösem Material verteilt.[12] Der Gesamtdruck im Behälter hängt vom Verhältnis zwischen Lösungsmittel und Acetylen und der Temperatur ab.[11] So ergibt sich z.B. für ein Acetylen-Aceton-Verhältnis von 1 : 1 bei 20 °C ein Druck von 25 bar.[11]
Ethin darf nicht mit kupferhaltigen Materialien in Berührung kommen, da sich ansonsten das hochexplosive Kupferacetylid bilden kann. Ähnliches gilt für Silber.