Die Verbrennung als chemischer Vorgang

Beobachten und Folgern

Beobachtet man die Verbrennung einiger Stoffe, so treten unterschiedliche Verbrennungsvorgänge auf, wie die Tabelle 2 (ganz unten) zeigt.

Aus dem Brennstoff entstehen immer Produkte, die neue Eigenschaften aufweisen. Außerdem gibt es beim Verbrennungsvorgang unterschiedliche Wärmeentwicklungen. Daraus kann man folgern, dass der Verbrennungsvorgang ein chemischer Vorgang ist, der exotherm abläuft. Die freiwerdende Wärme nennt man Verbrennungswärme. Sie kann bei einzelnen Stoffen sehr unterschiedliche Werte haben.

Will man eine Verbrennung schnell in Gang bringen, muß man den Stoff vorher erhitzen und die Aktivierungsenergie liefern, die die chemische Reaktion auslöst. Die Temperatur, die ein Stoff durch Wärmezufuhr erreichen muß, damit der Verbrennungsvorgang an Luft einsetzt, wird Entzündungstemperatur genannt.

Verbrennung in einem abgeschlossenen Luftvolumen

Der oder die am Verbrennungsvorgang beteiligten Stoffe müssen nach unseren Beobachtungen aus der Luft stammen.

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Der Aufbau von Versuch 4 ist geeignet, um die Änderung des Luftvolumens während einer Verbrennung zu beobachten. Der Versuch zeigt, dass bei der Verbrennung nur ein Teil der Luft verbraucht wird und der Rest der Luft in der Gasmeßglocke die Flamme erstickt. Diesen Luftrest nennt man aufgrund ähnlicher Beobachtungen Stickstoff. Also ist der andere Teil für die Unterhaltung der Verbrennung verantwortlich - das Element Sauerstoff.

Bekanntlich bestehen die Gase Sauerstoff und Stickstoff aus Molekülen mit zwei Atomen, daher formuliert man O₂ (Sauerstoff) und N₂ (Stickstoff). Die tief gestellte zahl besagt, dass das Molkül aus zwei Atomen besteht und dass Stickstoff und Sauerstoff molekular vorkommen.

Die Verbrennung ist eine Oxidation

Verbrennt man Erdgas oder Benzin, kann man beobachten, dass als Reaktionsprodukte Gase entstehen. Wenn man Eisen verbrennt, kann man beobachten, dass es eine Massenzunahme gibt. (Bild 2). Wenn Eisen als ein Element bei der Verbrennung schwerer wird, kann es sich nur mit dem Sauerstoff verbunden haben, der bekanntlich bei der Verbrennung verbraucht wird. Bei der Verbindung eines Elements mit Sauerstoff, entstehen neue Verbindungen, die man in der Chemie als Oxide bezeichnet. Den Vorgang der Verbrennung nennt man Oxidation.

Nun ist man in der Lage, Formel- und Wortgleichungen für den Vorgang der Verbrennung zu formulieren:

$ \mathrm { 2 \ Cu+O_{2} \; \longrightarrow \; 2 \ CuO } $
Kupfer + Sauerstoff → Kupferoxid

$ \mathrm { 2 \ Mg+O_{2} \; \longrightarrow \; 2 \ MgO } $
Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid

$ \mathrm { 2 \ Zn+O_{2} \; \longrightarrow \; 2 \ ZnO } $
Zink + Sauerstoff → Zinkoxid

$ \mathrm { 4 \ Al+3O_{2} \; \longrightarrow \; 2 \ Al_{2}O_{3} } $
Aluminium + Sauerstoff → Aluminiumoxid

$ \mathrm { S+O_{2} \; \longrightarrow \; SO_{2} } $
Schwefel + Sauerstoff → Schwefeldioxid