WikiDer > Flammpunkt

Verbrennung eines Stoffes.

Es Flammpunkt von a chemische Substanz ist die niedrigste Temperatur wo der Stoff noch genug Dampf abgibt, um Zündung mit einer Zündquelle in Kontakt kommen.

Der Flammpunkt ist nicht zu verwechseln mit dem Selbstentzündungstemperatur. Dies ist die Temperatur, bei der sich ein Dampf-Luft-Gemisch spontan entzündet.

Der Flammpunkt weist auf die Möglichkeit hin, dass ein Funke oder ein glühender Gegenstand ein Feuer entzündet.

Beispiele

Äther hat beispielsweise einen Flammpunkt von –40°C.^[1] Selbst wenn es im Kühlschrank aufbewahrt wird, kann genügend Dampf freigesetzt werden, um eine Explosion zu verursachen. Der Dampf kann sich aufgrund eines Funkens vom Schalter, der das Licht ein- und ausschaltet, explosionsartig entzünden. Ether wird daher in einem explosionsgeschützten Kühlschrank gelagert, in dem alle elektrischen Teile abgeschirmt sind.

Diesel hat einen höheren Flammpunkt als Benzin und ist daher weniger gefährlich. Dieser Unterschied ist umso wichtiger, wenn die Belüftungsmöglichkeiten eingeschränkt sind, wie zum Beispiel bei Einbaumotoren in Motoryachten.

Physikalischer/chemischer Hintergrund

Dabei spielen zwei physikalisch-chemische Aspekte eine Rolle:

Verdampfungsrate und Verbrennungsrate

Eine Verbrennung über einer Flüssigkeit ist nur in der Gas- oder Dampfphase möglich. Die Verbrennung verringert die Menge an brennbarem Dampf und ist schließlich null. Die Verbrennung stoppt dann. Damit die Verbrennung fortgesetzt werden kann, müssen die verbrannten Moleküle durch die Flüssigkeit wieder aufgefüllt werden. Die Verdampfungsrate der Flüssigkeit muss daher mindestens so groß wie die Verbrennungsrate sein. Mit steigender Temperatur steigt die Verdampfungsrate und irgendwann wird der Flammpunkt gleich der Verbrennungsrate. Wird die Flüssigkeit noch heißer, wird die Verbrennung immer intensiver.

Verbrennungsfortschritt

Am Flammpunkt ist es möglich, die Verbrennung des Dampfes über der Flüssigkeit aufrechtzuerhalten (siehe oben). Um das Beispiel weniger abstrakt zu machen, wird unten die Verbrennungsreaktion von Methanol gezeigt. Die beschriebenen Verfahren gelten für jede Verbrennung. Bei der Verbrennung wird Energie frei, die Reaktion ist exotherm, aber zuerst muss die Aktivierungsenergie zugeführt werden (ΔH_Aktivierung).

${displaystyle mathrm {2 CH_{3}OH 3 O_{2} Delta H_{activation}longrightarrow 2 CO_{2} 4 H_{2}O Delta H_{activation} Delta H_{reaction}} }$

Um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, muss jedes verbrannte Methanolmolekül mindestens ein nachfolgendes Molekül "zünden", um die Aktivierungsenergie dafür bereitzustellen. Ein Teil der durch die Verbrennung des ersten Methanolmoleküls freigesetzten Energie bildet die Aktivierungsenergie des zweiten Moleküls. Die Reaktionsenergie hat die Form kinetisch (=Hitze), rotierend und Schwingungsenergie direkt in die Reaktionsprodukte Kohlendioxid und Wasser. Bei der Kollision zwischen einem energietragenden Kohlendioxid- oder Wassermolekül und einem Methanolmolekül wird die Energie auf das Methanolmolekül übertragen, das dann genügend Aktivierungsenergie erhält, um selbst zu reagieren.

Da Moleküle durch Stöße ständig ihre gegenseitige Energie austauschen, muss die Aktivierungsenergie tatsächlich auf einmal abgegeben werden. Ein Methanolmolekül kann einen Teil der Aktivierungsenergie nicht "speichern", bis eine weitere Kollision die Gesamtenergie über die Aktivierungsenergie hebt. Wenn viele Luftmoleküle vorhanden sind, verlieren energiereiche Kohlendioxid- und Wassermoleküle einen Teil ihrer Energie, wenn sie mit diesen Molekülen kollidieren. Die Energie reicht nicht mehr aus, um ein neues Methanolmolekül zu „zünden“ und die Verbrennung stoppt. Das Gemisch befindet sich noch unter seinem Flammpunkt. Entweder durch Temperaturerhöhung (dadurch gelangen mehr Methanolmoleküle in das Dampf/Luft-Gemisch und damit steigt das Methanol/Luft-Verhältnis) oder durch Absenken des Luftdrucks (dadurch gelangen weniger Luftmoleküle in das Dampf/Luft-Gemisch) und somit erhöht sich auch das Methanol/Luft-Verhältnis) wird eine Verbrennung und damit Flammpunktbedingungen möglich.

Luftdruck

Die obigen Flammpunktwerte beziehen sich auf Messungen auf oder nahe dem Meeresspiegel. Wenn der Luftdruck viel niedriger ist, wird auch der Flammpunkt niedriger sein.

Unfall

Diese Tatsache ist die Ursache für einen Unfall, bei dem ein Passagierflugzeug abgestürzt ist (siehe TWA Flug 800). Für einen relativ kurzen Flug wurde der große Flügeltank des Passagierflugzeugs nicht verwendet. Panzer für Kerosin sind mit elektronischen Detektoren ausgestattet. Die Verkabelung dieser Detektoren hatte den Hochspannungsteil der Flugzeuginstallation des betreffenden Flugzeugs kurzgeschlossen. Es war noch etwas Kerosin im Tank, ca. 160 Liter. Das ist fast nichts im Vergleich zum Gesamtvolumen des Tanks. Hierbei handelt es sich um speziell entwickeltes Kerosin mit einem hohen Flammpunkt. Um Überdruck im Tank während abheben (der Außenluftdruck sinkt) der Tank ist mit Ventilen ausgestattet. Während der Wartezeit am Flughafen ist ein Teil des Kerosins entsprechend dem mit der Temperatur verbundenen Dampfdruck verdampft. Der zusätzliche Druck wurde über das Überdruckventil neutralisiert. Im Tank befand sich ein Dampf-Luft-Gemisch, das die Flammpunktanforderung sicherlich noch nicht erfüllte.

Beim Aufstieg sinkt der Außenluftdruck, so dass der Druck im Tank über das Druckbegrenzungsventil dem Außendruck angeglichen wird. Dabei werden sowohl Dampf als auch Luft aus dem Tank entlassen, so dass die partieller Dampfdruck des Kerosins den mit der Temperatur verbundenen Wert unterschreitet. Der Mangel an Dampfpartialdruck wird durch das noch vorhandene flüssige Kerosin ausgeglichen. Bei Bedarf wird der entstehende Überdruck über das Ventil wieder neutralisiert, wodurch wiederum eine Menge Dampf-Luft-Gemisch den Tank verlässt. Als Ergebnis steigt das Dampf/Luft-Verhältnis und überschreitet schließlich die Flammpunktbedingung.

Der mit zu hoher Spannung arbeitende Kerosindetektor, der Funken verursachte, tötete das Flugzeug schließlich.

Gefahrenklassen

Zum Zwecke der Sicherheitsvorschriften für die Lagerung und den Transport chemischer Stoffe werden flüchtige brennbare Stoffe nach dem Flammpunkt in K-Klassen eingeteilt. Es gibt offiziell drei Arten von K-Klassen, nämlich K1, K2 und K3. Darüber hinaus gibt es noch zwei inoffizielle K-Klassen, nämlich K0 und K4.

K1

Dazu gehört die Gase/Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von unter 23 °C. Diese Stoffe können schon TemperaturuntenZimmertemperatur genug Dampf abgeben, um Zündung kommen zu können.

K2

Dazu gehören Gase/Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 23 - 55 °C. Diese Stoffe können in warmer Umgebung ausreichend Dampf abgeben, um sich entzünden zu können.

K3

Dazu gehören Gase/Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 55 - 100 °C.

Inoffizielle K-Klassen

K0

Flüssige Stoffe und Zubereitungen mit einem Flammpunkt niedriger als 0 °C und einem Siedepunkt (oder dem Beginn eines Siedebereichs) gleich oder weniger als 35 °C.Siehe auch: Gefahrenklasse

K4

Flüssige Stoffe und Zubereitungen mit einem Flammpunkt höher als 100 °C.

Externe Links

• Der Unterschied zwischen Flammpunkt und Zündtemperatur