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Landesverband

Die hier gegebenen Hinweise sind nach bestem Wissen und Gewissen zusammengetragen. Sie sind hoffentlich eine Hilfe, müssen aber dennoch leider ohne Gewähr für Richtigkeit und Vollständigkeit bleiben. Sie entbinden insbesondere nicht von der eigenverantwortlicher Recherche und Entscheidung hinsichtlich zu treffender Maßnahmen im Umgang mit Gefahrstoffen. Hinweise, Rückmeldungen und Fragen sind willkommen.

Flammpunkt

Vorbemerkung

Die hier beschriebenen Versuche eignen sich für eine Sicherheitsunterweisung. Sie verknüpfen Grundlagen der Arbeitssicherheit beim chemischen Experimentieren mit Dingen aus dem Alltag der Schülerinnen und Schüler.

Definition

Der Flammpunkt bezeichnet diejenige Temperatur, bei der sich der über der Flüssigkeit befindliche Dampf so sehr angereichert hat, dass das Dampf-/Luftgemisch zündfähig wird. Man kann es auch so formulieren: Bei dieser Temperatur erreicht das Dampf-/Luftgemisch gerade seine untere Explosionsgrenze.

Der Flammpunkt muss strikt von der Zündtemperatur unterschieden werden. Befindet sich eine Flüssigkeit oberhalb ihres Flammpunkts, so brennt die Flüssigkeit keineswegs von allein, sondern erst dann, wenn sie angezündet wird, also wenn es eine Zündquelle gibt. Erst dann, wenn auch die Zündtemperatur überschritten wird, fängt die Flüssigkeit ohne weiteres zutun Feuer.

  • Die Zündtemperatur ist immer höher als der Flammpunkt.
  • Einen Flammpunkt gibt es nur bei Flüssigkeiten.

Wenn man Flammpunkte (z.B. in der GESTIS-Stoffdatenbank recherchiert, findet man diese unter der Bezeichnung "Flp". Dies darf nicht mit Schmelzpunktsangaben verwechselt werden, die mit "Fp" (=Festpunkt) bezeichnet werden.

Bedeutung

Neben dem Siedeverhalten ist der Flammpunkt die maßgebliche Grundlage für die Einstufung der Feuergefährlichkeit von Flüssigkeiten. Es gilt:

 

23 °C < Flp < 60°C H226: Flüssigkeit und Dampf entzündbar. Flammenpiktogramm
Flp < 23 °C
Kp > 35 °C
H225: Flüssigkeit und Dampf leicht entzündbar.
Flp < 23 °C
Kp <= 35 °C
H225: Flüssigkeit und Dampf extrem entzündbar.

Da alle 3 Kategorien mit dem gleichen Flammen-Piktogramm gekennzeichnet werden, erkennt man die Unterschiede - leider - nur durch Lesen des Etiketts, also im Kleingedruckten. Interpretiert man "23 °C" als eine übliche Raumtemperatur, so gilt folgendes:

  • "Leicht entzünbare" oder "extrem entzünbare" Flüssigkeiten lassen sich bei Raumtemperatur anzünden.
  • "Leicht entzünbare" oder "extrem entzünbare" Flüssigkeiten können in Innenräumen eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen, wenn deren Behältnisse nicht fest verschlossen sind.

Versuch

Ein Teelicht wird vor dem Versuch in folgender Weise präpariert: Das Teelicht wird entzündet und abgewartet, bis das Wachs durchgehend weich geworden ist. Nach dem Löschen der Flamme wird der Docht mit einer Pinzette entfernt. Von dem Wachs wird etwa 1/3 ebenfalls entfernt und das nunmehr zu 2/3 mit Wachs gefüllte Aluminiumtöpfchen zum Erkalten stehengelassen.

Für den Versuch wird das Aluminiumtöpfchen mit einer Pinzette oder einer Tiegelzange so lange über der Bunsenflamme erwärmt, bis der Inhalt zu brennen beginnt. Das brennende Töpfchen wird vorsichtig auf einer kalten Wasseroberfläche (mit kaltem Wasser gefüllte Kristallisierschale) abgesetzt.

Teelicht auf Wasseroberflaeche

Die Flamme in dem nunmehr von unten gekühlten Töpfchen wird rasch kleiner und verlischt dann. In dem Augenblick, in dem die Flamme erlischt, unterschreitet das Wachs seinen Flammpunkt.

Dies entspricht der allgemeinen Aussage, dass Brände durch Kühlen gelöscht werden können.

Versuch

Ein Stück Grillkohle wird mit flüssigem Grillkohlenanzünder getränkt. Sie lässt sich daraufhin mit einem Feuerzeug entzünden. (Die Flamme lässt sich anschließend in der Regel gut auspusten. Alternativ legt man die brennende Kohle auf eine feuerfeste Unterlage und deckt mit einer Schale ab.)

Ein paar Milliliter des flüssigen Grillkohlenanzünders werden in eine Petrischale gegeben. Versuche, den Grillkohlenanzünder zu entzünden, scheitern! Erst wenn man die Petrischale mit einem Magnetrührer (Rührstäbchen hinzufügen und langsam rühren!) erwärmt, lässt sich der Grillkohlenanzünder anzünden. (Zum Löschen der Flammen Magnetrührer abschalten und die Petrischale mit feuerfestem Gegenstand (Schale) abdecken und auskühlen lassen.)

Ergebnis:

  • Der Grillkohlenanzünder hat einen Flammpunkt oberhalb der Umgebungstemperatur. Warum ist das so? Warum ließ sich denn die Kohle damit entzünden?

Kohle ist ein schlechter Wärmeleiter. Wird die Zündflamme an eine Stelle der Kohle gehalten, erwärmt diese sich rasch auf eine Temperatur oberhalb des Flammpunktes des Grillkohlenanzünders. Tränkt man ein längliches Stück Grillkohle mit dem Grillkohlenanzünder, kann man sehr schön beobachten, dass keineswegs sogleich die gesamte Kohle in Flammen steht, sondern dass die Flamme sich im Gegenteil langsam in dem Maße über der Oberfläche ausbreitet, wie diese sich auf die notwendige Temperatur erwärmt.

Der Umstand, dass flüssiger Grillkohlenanzünder einen Flammpunkt oberhalb Raumtemperatur hat, ist eine Sicherheitsmäßnahme!

Versuch

Ein Stück Grillkohle wird in einer feuerfesten Schale mit dem Grillkohlenanzünder getränkt und entzündet. Nun wird Grillkohlenanzünder auf die brennende Kohle nachgespritzt.

Grillanzuender

Der aus der Flasche gespritzte Grillkohlenanzünder ist noch zu kalt und kann erst brennen, wenn er sich im Feuer entsprechend erwärmt hat. Deshalb kann die Flamme nicht zurücksteigen. Es ist deshalb ungefährlich, bei einem unbefriedigend brennenden Griffeuer weiteren Grillkohlenanzünder nachzuspritzen!

Ganz im Gegenteil sehr gefährlich ist es, wenn man sich die Ausgabe für eine sichere Zündhilfe sparen will und stattdessen versucht, die Grillkohle mit Brennspiritus zu entzünden.

Versuch

Vorbereitung

Folgende Sicherheitsvorbereitungen sind notwendig:

  • Aus einer Brennspiritusflasche wird eine kleine Menge (ca. 30 ml) in ein kleines Bechergläschen abgefüllt.

  • Die Hand, mit der der Brennspiritus in die brennende Flamme gefüllt werden soll, wir wie folgt geschützt:

    Handschuhe

    1. Baumwollhandschuh (zur Wärmeisolation)
    2. Haushaltshandschuh (als Flüssigkeitssperre)
    3. Gartenhandschuh mit möglichst hohem Lederanteil

Versuchsablauf

Ein Stück Grillkohle wird in einer feuerfesten Schale mit dem Grillkohlenanzünder getränkt und entzündet.

Mit der geschützten Hand wird der abgefüllte Brennspiritus in das Feuer gegossen.

Ethanol als Brandbeschleuniger

Brennspiritus besteht aus Ethanol. Ethanol ist eine leicht entzündliche Flüssigkeit, hat also einen Flammpunkt unterhalb der Umgebungstemperatur. Die Flamme kann deshalb auf die Hand zurücksteigen und diese entzünden. Ein unbefriedigendes Grillfeuer mit Brennspiritus "aufzupeppen" ist also sehr gefährlich.

Anmerkungen

  • In der Regel ist zumindest der Daumenbereich des Handschuhs komplett aus Leder. Die Dramaturgie des Versuchs lässt sich drastisch erhöhen, wenn man nach dem Anlegen der Handschuhe den mit Leder bedeckten Daumen möglichst unauffällig mit Pentan tränkt.
    (Kleines(!) dicht verschließbares Pentanfläschchen verdeckt bereithalten. Nach dem Tränken des Daumens muss der Brennspiritus augenblicklich in das Feuer gegossen werden! Das Pentan verdunstet sonst und funktioniert dann nicht mehr. Außerdem könnte die Pentandampfwolke ev. zu einer Verpuffung führen. Die Pentanflasche muss vor dem Eingießen des Alkohols in sicherer Entfernung abgestellt werden!)

  • Der Umstand, dass der Daumen mit "extrem entzündbarem" Pentan getränkt wird, ist keineswegs besonders gefährlich, sondern - richtig angewendet - ganz im Gegenteil eine Sicherheitsmaßnahme: Wenn das Pentan auf dem Handschuh brennt, bestimmt dessen Siedepunkt die thermische Belastung, die der Gartenhandschuh erfährt. Da das Pentan einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, bleibt der Handschuh kühl. Als Träger der drei Handschuhe können Sie den Brand auf Ihrem Daumen eine gestandene Minute lang aushalten ohne Schmerz oder auch nur eine starke thermische belastung zu empfinden. Sie können zum Erstaunen Ihrer Schülerinnen und Schüler also in aller Seelenruhe abwarten, bis das Feuer von allein verlischt. Wenn Sie das Feuer an Ihrer Hand ablöschen wollen, muss es nicht unbedingt ein Feuerlöscher wie in dem Video sein. Es tut auch ein bereitstehender Eimer Wasser, der freilich als Sicherheitsmaßnahme bei dem Versuch immer bereitstehen soll. Wenn aus Stoff gewebte Bereiche des Handschuhs mit dem Pentan getränkt werden, ist der Stoff u.U. recht schnell durchgebrannt. Dennoch ist auch das nicht schlimm, denn die dann auf der Hand spürbar werdende Hitze steigert sich ausreichend langsam, so dass Sie auf jeden Fall Zeit haben, die Hand in das Wasser einzutauchen, bevor es schmerzt. Gartenhandschuhe mit bereits durchgebranntem Stoff sollten für diesen Versuch nicht noch einmal verwendet werden. Das Leder übersteht hingegen ganz im Gegenteil etliche Brände nahezu unversehrt.

  • Behalten Sie das kleine Bechergläschen im Auge, mit dem Sie den Brennspiritus ins Feuer gegossen haben. In der Regel brennen dort noch Alkoholreste ab. Da die Flamme nur sehr schwach leuchtet, wird sie leicht übersehen. Decken Sie das Bechergläschen zum Löschen der Flammen einfach mit einer feuerfesten Schale ab.

  • Da Sie insbesondere dann, wenn der Daumen mit dem Pentan getränkt ist, einen guten Überblick brauchen, sollten Sie den Versuch erst ausprobieren und gfls. ausreichend üben! Halten Sie beim Versuch unnötige brennbare Materialien fern. Das betrifft auch Sie selbst! (Kein leicht entflammbarer Schal, keine wallende Oberbekleidung, lange Haare hinten zusammenbinden - Schutzkittel tragen!) Wenn Sie alles angemahnte beachten, kann der Versuch sicher durchgeführt werden.

  • Natürlich kann man statt Brennspiritus auch das Ethanol aus der Chemikaliensammlung verwenden. Didaktisch besser ist trotzdem der Brennspiritus, weil es das ist, was den Schülerinnen und Schülern in der Drogerie zugänglich ist. Wenn Ihnen die Beschaffung von Brennspiritus zu aufwändig ist, können Sie ein bisschen schummeln, indem Sie die Brennspiritusflasche mit dem Ethanol Ihrer Chemikaliensammlung wiederbefüllen, wenn der Erstinhalt verbraucht ist.