Was geschieht auf atomarer/chemischer Sicht, wenn ein Stück Holz verbrannt wird?
Hallo,
ich möchte gerne wissen, was auf molekularer (chemischer?) Ebene geschieht, wenn ein Stück Holz verbrannt wird. Ich vermute die "Holzatome" (ich habe wirklich keine Ahnung, vielleicht ist meine Annahme und Betitelung völliger Unsinn) nehmen durch die Hitze eine andere Form an. Verwandeln sich in "Rauchatome"? Aber in was verwandelt sich der Rauch? Er bleibt ja nicht ewig in der Luft hängen, sondern wird sich wiederum in andere Atome aufspalten, bis er komplett verschwunden ist? Was wäre die finale Form des Holzstückes, wenn der Rauch nicht mehr als solcher zu bemerken ist? Hat er sich am Ende in Sauerstoffatome verwandelt? Und, Bonusfrage, wie lange dauert es, bis das Endstadium erreicht ist?
Vielen Dank und frohe Feiertage :)
3 Antworten
So kurz wies geht:
Holz besteht - wie quasi alle anderen organischen Substanzen auch - hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff (daneben auch noch Spuren von z.b. Phosphor und Schwefel). Außerdem finden sich noch Mineralstoffe wie z.b. Calciumcarbonat oder Natriumchlorid.
Verbrennst du das Holz nun, wird die gesamte organische Substanz oxidiert. Das heißt, sie reagiert mit dem Sauerstoff aus der Luft. Verbrennungsprodukte sind dann zum Großteil Wasser und Kohlenstoffdioxid (und etwas Stickoxide vom enthaltenen Stickstoff). Also kein Rauch oder Ruß. Allerdings gilt das nur für eine vollständige Verbrennung.
In der Realität ist das oft nicht der Fall und Verbrennungen sind unvollständig. Deswegen entstehen weitere Verbrennungsprodukte. Das wären zum einen Kohlenstoffmonoxid (das ist das was einen bei einer Rauchvergiftung umbringt). Außerdem der von dir angesprochene Rauch. Dieser besteht zum einen aus den unsichtbaren Gasen der Verbrennung (also den oben angesprochenen Wasser, Kohlendioxid, Stickoxide und Kohlenmonoxid). Der andere Teil sind feine Feststoffe, die den Rauch erst zum Rauch machen. Das ist einmal Ruß (der vornehmlich aus Kohlenstoff besteht), Asche und andere Partikel.
Das was am Ort des Brandes übrig bleibt, ist Asche. Diese besteht aus allem was nicht verbrannt werden kann oder nicht flüchtig ist. Also Mineralstoffe. Das sind vor allem Carbonate und Oxide verschiedener Metalle, also z.b. Calcium-, Natrium oder Kaliumcarbonat sowie Eisen-, Magnesium-, Calcium- und Phosphoroxide.
Das sind damit auch die finalen Formen des Holzes, also Rauch/Gas und Asche. Damit passiert dann erstmal nichts mehr. Auch mit dem Feststoff im Rauch nicht, der verteilt sich nur in der Luft und regnet irgenwann ab.
Dazu noch eine Randbemerkung: Atome von Elementen können sich nicht in andere Elemente umwandeln (Zumindest nicht unter "irdischen" Bedingungen). Also "Rauchatome" können sich nicht in Sauerstoffatome umwandeln. Dafür bräuchtest du einen Teilchenbeschleuniger.
Und zum Thema wie lange das dauert: Das kommt auf die Größe des Holzstücks und die zugeführte Energie an. Ein großes Holzstück verbrennt zum Beispiel extrem langsam, während feiner Staub sogar explodieren kann (siehe Mehlstaubexplosion).
Es ist ja schon eine super Antwort dabei, die sehr spannend ist. Hier noch eine einfache Erklärung aus der Quantenphysik:
Die Teilchen bewegen sich und bei der zunehmenden Bewegung, verlassen die kleinsten Teilchen ihr Teilchengitter, das erzeugt Energie. Die ganzen Teilchen gehen in einen Zustand über, der nicht mehr dem Materie oder Aggregatzustand entspricht, in dem eine Substanz hier zu finden wäre. In dem stark zerspaltenen Teilchen - Rest ist ein Zustand erreicht, der in die Energieformen der Umgebung eingeht. Die Teilchen haben keine feste Bindung oder Teilchen Struktur mehr. Die ganze Energie ist in die Teilchen übergegangen, die sich in der Umgebung befinden und hat sich in die Umgebung, in Form von Energie aufgelöst.
Holz besteht aus Zellen und die aus allerhand verschiedenen Molekülen. Die aber fast alle Kohlenstoff-Atome enthalten. Und die reagieren bei der Verbrennung mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Auch andere Atome reagieren mit dem Sauerstoff wie Wasserstoff, Stickstoff usw. Das, was nicht vollständig verbrannt wird, ergibt dann Rauch und Asche.
Kohlendioxid etc. sind Gase und kein Rauch. Die meisten dieser Gase sind durchsichtig und farblos wie auch Wasserdampf oder Stickoxide. Ein optimal verbrennendes Stück Holz hinterlässt praktisch keinen Rauch.