Was ist Feuer? Die Chemie der Flamme einfach erklärt

Feuer begleitet die Menschheit seit Hunderttausenden Jahren. Es garte unser Essen, wärmte uns, verscheuchte Raubtiere und erhellte die Nacht. Wir zünden Kerzen auf Geburtstagskuchen an, sitzen ums Lagerfeuer und nutzen Flammen in Motoren und Kraftwerken. Und doch könnten die meisten kaum sagen, was Feuer eigentlich ist. Ein Ding? Ein Stoff? Eine Form von Energie?

Feuer ist eine chemische Reaktion

Feuer ist kein Stoff, sondern ein Vorgang: eine schnelle chemische Reaktion namens Verbrennung. Dabei reagiert ein Brennstoff mit Sauerstoff und gibt Energie als Wärme und Licht ab. Bei Holz, Papier, Gas oder Wachs entstehen vor allem Kohlendioxid und Wasserdampf, bei unvollständiger Verbrennung zusätzlich Rauch, Ruß und Asche.

Die Reaktion setzt mehr Wärme frei, als sie selbst braucht. Diese überschüssige Wärme erhitzt benachbarten Brennstoff, der ebenfalls zu reagieren beginnt – deshalb kann ein Feuer von selbst wachsen und sich ausbreiten.

Das Verbrennungsdreieck

Ein Feuer braucht drei Zutaten, oft als Verbrennungsdreieck dargestellt:

• Brennstoff: alles, was brennen kann – Holz, Papier, Stoff, Öl, Benzin oder Gas.
• Sauerstoff: Luft besteht zu etwa 21 % aus Sauerstoff, für die meisten Feuer reichlich.
• Hitze: genug, um den Brennstoff auf Zündtemperatur zu bringen und die Reaktion zu erhalten.

Feuerwehrleute ergänzen oft ein viertes Element, die chemische Kettenreaktion selbst, zum „Verbrennungstetraeder“. Manche Löschmittel wirken, indem sie diese Kette unterbrechen.

Was brennt, ist das Gas

Eine Überraschung: Festes Holz brennt eigentlich nicht. Erhitzt zersetzt es sich und gibt brennbare Gase ab, ein Vorgang namens Pyrolyse. Diese Gase mischen sich mit Sauerstoff und brennen in den Flammen. Deshalb tanzen Flammen über einem Holzscheit statt auf seiner Oberfläche. Glut ist anders: Dort reagiert der zurückbleibende Kohlenstoff, die Holzkohle, direkt mit Sauerstoff, ohne Flamme.

In einer Kerzenflamme

Eine Kerze ist ein perfektes Labor. In den 1840er-Jahren hielt der Forscher Michael Faraday eine berühmte Vortragsreihe für junge Leute, Naturgeschichte einer Kerze, in der er an ihr die Verbrennung erklärte.

1. Die Wärme der Flamme schmilzt das Wachs am Docht.
2. Das flüssige Wachs steigt durch Kapillarwirkung im Docht auf, wie Wasser in einem Küchentuch.
3. Oben am Docht verdampft das Wachs zu Gas.
4. Der Wachsdampf mischt sich mit Luftsauerstoff und verbrennt – die Wärme schmilzt neues Wachs.

Die Flamme hat deutliche Zonen. Der dunkle Kern am Docht ist unverbrannter Wachsdampf. Der helle gelbe Bereich leuchtet, weil winzige Rußteilchen, unverbrannter Kohlenstoff, auf über 1.000 °C erhitzt werden und glühen wie der Glühfaden einer alten Glühbirne. Am blauen Grund, wo Sauerstoff reichlich vorhanden ist, verbrennt alles vollständiger, und das blaue Licht stammt direkt von angeregten Molekülen der chemischen Reaktion.

Warum Flammen verschiedene Farben haben

• Gelbe und orange Flammen von Kerzen, Holz und Lagerfeuern enthalten glühenden Ruß. Sie sind meist kühler und rußen stärker.
• Blaue Flammen, etwa am Gasherd, brennen mit viel Sauerstoff und bilden kaum Ruß. Sie sind meist heißer.
• Andere Farben stammen von chemischen Elementen: Kupfer färbt grün oder blau, Natrium hellgelb, Strontium rot und Kalium lila. Feuerwerk nutzt das für seine Farben.

Warum Flammen nach oben zeigen

Auf der Erde sind die heißen Flammengase weniger dicht als die Umgebungsluft und steigen auf. Unten strömt frische, sauerstoffreiche Luft nach, und die Flamme bekommt ihre Tropfenform. In Schwerelosigkeit gibt es kein „oben“. Versuche auf dem Spaceshuttle und der Internationalen Raumstation, beschrieben unter anderem von Daniel Dietrich, zeigten: Kerzenflammen werden kugelförmig und schwach blau, weil Sauerstoff sie nur langsam durch Diffusion erreicht.

Wie man ein Feuer löscht

Nimm eine Seite des Dreiecks weg, und das Feuer erlischt:

Niemals brennendes Öl mit Wasser löschen: Das Wasser verdampft sofort und schleudert brennendes Öl in die Luft. Stattdessen Herd aus und Pfanne abdecken.

Sicher bleiben

Die meisten Toten bei Wohnungsbränden sterben nicht an den Flammen, sondern am Rauch mit giftigen Gasen wie Kohlenmonoxid. Brandschutzexperten empfehlen funktionierende Rauchmelder auf jeder Etage, regelmäßige Tests, Kochen nie unbeaufsichtigt zu lassen und zu planen, wie man im Brandfall schnell aus der Wohnung kommt.

Kurz gesagt

• Feuer ist Verbrennung: eine schnelle Reaktion von Brennstoff und Sauerstoff, die Wärme und Licht freisetzt.
• Es braucht das Verbrennungsdreieck: Brennstoff, Sauerstoff und Hitze.
• Feste Brennstoffe geben beim Erhitzen brennbare Gase ab, die in der Flamme brennen.
• Gelbe Flammen leuchten durch heißen Ruß, blaue verbrennen vollständiger und sind meist heißer.
• Im All sind Flammen rund und blau, weil heißes Gas nicht aufsteigt.
• Zum Löschen Brennstoff, Sauerstoff oder Hitze entfernen; brennendes Öl nie mit Wasser löschen.