Vereinfacht gesagt bedeutet Verbrennung brennen. Damit der Verbrennungsprozess ablaufen kann, werden Brennstoff, Sauerstoff und eine Zündwärmequelle benötigt, um eine chemische Kettenreaktion zu starten; Bei einem Lagerfeuer zum Beispiel ist Holz der Brennstoff, die Umgebungsluft liefert den Sauerstoff und ein Streichholz oder Feuerzeug kann das Feuer entzünden. Das Erhöhen eines dieser Elemente erhöht die Intensität des Feuers, während das Eliminieren eines dieser Elemente dazu führt, dass der Prozess gestoppt wird. Wird das Lagerfeuer zum Beispiel mit Wasser oder Schmutz erstickt, kann der Sauerstoff nicht mehr an die Hitze und den Brennstoff gelangen und es erlischt.
Treibstoff
Kraftstoff ist der Stoff, der während des Verbrennungsprozesses verbrennt. Alle Brennstoffe enthalten chemische potentielle Energie; Dies ist die Energiemenge, die bei einer chemischen Reaktion freigesetzt wird. Wie viel Energie ein Stoff beim Verbrennen freisetzt, wird als Verbrennungswärme bezeichnet. Jeder Brennstoff hat eine spezifische Energiedichte oder wie viele Megajoule (MJ) Energie pro Kilogramm (kg) des Stoffes produziert werden; Methan beispielsweise hat eine Energiedichte von 55.5 MJ/kg und kann damit mehr Energie liefern als Schwefel mit 9.16 MJ/kg.
Als Kraftstoffe können eine Vielzahl von Stoffen verwendet werden, aber Kohlenwasserstoffe sind einige der gebräuchlichsten. Dazu gehören Methan, Propan, Benzin und Kerosin, um nur einige zu nennen; Alle fossilen Brennstoffe, einschließlich Kohle und Erdgas, sind Kohlenwasserstoffe. Andere Stoffe, die häufig als Kraftstoffe verwendet werden, sind Wasserstoff, Alkohol und Biokraftstoffe wie Holz.
Bei der Verbrennung wird Kraftstoff in Wärme und Abgas umgewandelt. Wenn Benzin beispielsweise verbrennt, entstehen Wasser (Dampf), Kohlendioxid, Stickstoff, Kohlenmonoxid und andere Elemente. Beim Verbrennen können auch Partikel freigesetzt werden, bei denen es sich um winzige Partikel handelt, die in der Luft schweben; diejenigen, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und Holz freigesetzt werden, tragen häufig zur Luftverschmutzung bei. Auspuff kann jedoch für nützliche Zwecke verwendet werden, beispielsweise um den Schub bereitzustellen, der eine Rakete in die Luft schiebt. Die meisten Abgase sind aufgrund der beim Verbrennungsprozess erzeugten Wärme gasförmig, können aber auch in flüssiger oder fester Form vorliegen.
Sauerstoff
Damit Kraftstoff im Verbrennungsprozess verbrennen kann, muss er auch Sauerstoff enthalten. Die häufigste Quelle ist die Luft, die etwa 21% Sauerstoff enthält. Andere Quellen, die oft als Oxidationsmittel oder Oxidationsmittel bekannt sind, umfassen Wasserstoffperoxid, Kaliumnitrat und viele mehr. Wenn einem Brennstoff ein Oxidationsmittel zugeführt wird, setzt es Sauerstoff frei und kann die Geschwindigkeit erhöhen, mit der das Feuer brennt.
Wie Kraftstoff muss auch Sauerstoff nicht in Gasform vorliegen, obwohl dies sehr verbreitet ist. In einer Feststoffrakete wird beispielsweise ein festes Oxidationsmittel mit dem Treibstoff vermischt, um den Treibstoff zu erzeugen, der beim Zünden verbrennt und die Rakete vorwärts treibt. Das Space Shuttle und andere Raumschiffe verwenden flüssigen Sauerstoff als Teil des Verbrennungsprozesses.
Wenn ein Feuer nicht genug Sauerstoff hat, brennt es nicht vollständig. Diese unvollständige Verbrennung erzeugt Kohlenmonoxid, Kohlenstoff (Ruß) und andere Partikel, die die Luft verunreinigen. Eine unvollständige Verbrennung in einem Kamin oder Ofen eines Hauses kann giftige Gase freisetzen und sehr gefährlich sein.
Hitze
Hitze oder Zündung ist das, was den Verbrennungsprozess in Gang setzt. Da auch beim Verbrennen Wärme entsteht, ist nach Beginn des Prozesses nicht immer zusätzliche Wärme notwendig, um die chemische Kettenreaktion am Laufen zu halten. Der Zündfunke, der den chemischen Prozess auslöst, kann durch eine Flamme, Reibung oder sogar die Hitze der Sonne erzeugt werden.
Bei Selbstentzündung kann durch Gärung oder Oxidation genügend Hitze entstehen, um ein Feuer zu entfachen. In einem Komposthaufen beispielsweise können Bakterien beginnen, die organischen Verbindungen abzubauen, wodurch genügend Wärme und Sauerstoff für die Verbrennung entstehen. Einige Materialien – sogenannte pyrophore Substanzen – entzünden sich, wenn sie Luft oder Wasser ausgesetzt sind; Phosphor und Plutonium sind zwei Beispiele. Wenn diese Materialien auf eine Brennstoffquelle treffen, können sie ein Feuer entfachen, das sehr schwer zu löschen ist.
Steuerung des Verbrennungsprozesses
Da alle drei Teile für die Verbrennung erforderlich sind, beeinflusst eine Erhöhung oder Verringerung eines von ihnen den Prozess. Die Erhöhung der Sauerstoffmenge, die einem Feuer beispielsweise durch die Verwendung eines Oxidationsmittels hinzugefügt wird, lässt das Feuer schneller brennen. Das Entfernen oder Reduzieren der Brennstoffquelle lässt sie kleiner brennen oder aussterben.
Es gibt drei grundlegende Möglichkeiten, den Verbrennungsprozess zu stoppen:
nimm den Sprit weg,
den Sauerstoff entfernen,
und/oder die Hitze wegnehmen.
Die Verbrennung kann auch gestoppt werden, indem die chemische Kettenreaktion gestoppt wird, die Flammen erzeugt. Dies ist besonders wichtig, wenn bestimmte Metalle – wie Magnesium – brennen, da das Hinzufügen von Wasser zum Feuer es nur stärker macht. In solchen Fällen werden Trockenchemikalien oder Halogenmethan verwendet, um die Reaktion zu stoppen.
Welches davon am besten ist, um ein Feuer zu stoppen, hängt von der Art und der Größe des Feuers ab. Bei einem Hausbrand zum Beispiel setzen Feuerwehrleute Wasser oder Schaum ein, um zu verhindern, dass Sauerstoff in den Brennstoff gelangt, und um die Temperatur zu senken. Während Wasser bei einem Wald- oder Flächenbrand verwendet werden kann, ist das Entfernen von neuem Brennstoff für das Feuer durch das Entfernen von Buschwerk und abgestorbener Vegetation aus dem Gebiet oft ein wichtiger Bestandteil, um es zu stoppen.