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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.
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" näherungsweise als Raumtemperatur, so gilt folgendes:

• "Leicht entzündbare" oder "extrem entzünbare" Flüssigkeiten lassen sich bei Raumtemperatur anzünden.
• "Leicht entzündbare" 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.

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.

Klicken Sie das Bild an, um ein Video zu sehen.

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:

  

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

Versuchsablauf

• Ein Stück Grillkohle wird in einer Metallschale mit dem Grillkohlenanzünder getränkt und entzündet.
• Der üblicherweise aus reinem Leder bestehende Daumenbereich des Gartenhandschuhs wird an geschützter Stelle möglichst unauffällig mit Pentan benetzt.
• Mit der geschützten Hand wird der abgefüllte Brennspiritus in das Feuer gegossen.

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Die Flamme springt zurück auf die Hand. Dabei fängt auch das Pentan Feuer und der Daumen kann danach üblicherweise eine knappe Minute lang brennen.

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.

Sicherheitshinweise zum Versuch

• Lassen Sie sich nicht davon beirren, dass es doch sehr gefährlich sein müsse, sich das so sehr leicht entzündliche Pentan auf die Hand zu schütten. Pentan siedet bei 36 °C und verdunstet also bei dieser Temperatur. Genau das hält die Wärmebelastung Ihres Gartenhandschus niedrig. Wenn Sie alles richtig gemacht haben, können Sie das Feuer auf Ihrem Daumen locker aushalten, bis es von selbst erlischt. Auch dann, wenn die Isolierung durch die 3 Handschuhe nicht gut genug sein sollte, werden Sie sich nicht augenblicklich die Finger verbrennen, sondern Sie werden das Gefühl haben, dass die Wärme allmählich unerträglich zu werden droht. Sorgen Sie dafür, dass für diesen Fall ein Wasserhahn oder ein mit Wasser gefüllter Eimer bereitsteht, um die Flammen zu löschen. Vermeiden Sie es, textile Bereiche des Gartenhandschuhs mit dem Pentan zu tränken, denn diese sind schnell durchgebrannt und dann geht es recht schnell mit dem Hitzegefühl auf der Haut.
• Dennoch hantieren Sie bei diesem Versuch mit offenem Feuer - und Sie verwenden bei dem Versuch die beiden leicht entzündbaren Lösemittel Spiritus und Pentan. Vorratsgefäße dieser Lösemittel haben in Versuchsnähe nichts zu suchen. Den Spiritus können Sie an der anderen Ecke des Experimentiertsches abfüllen, das Pentan verdunstet aber zu schnell: Sie brauchen ein kleines verschließbares Gläschen, in das Sie vor Unterrichtsbeginn die erforderliche Menge Pentan abgefüllt haben.
• Kontrollieren Sie nach dem Versuch sorgfältig, was alles noch brennt: Die auf jeden Fall brennende Grillkohle wird mit einer weiteren Metallschale abgedeckt. Oft brennt aber z.B. auch das Bechergläschen, mit dem Sie das Ethanol ins Feuer gegossen haben. Das ist erst einmal nicht weiter schlimm und Sie können auch dieses Feuer durch Abdecken mit noch einer weiteren Metallschale ersticken. Beachten Sie aber, dass Ethanol mit fast farbloser Flamme brennt und brennendes Ethanol deshalb nicht sofort ins Auge fällt. Kontrollieren Sie also sorgfältig.
• Da Sie bei dem Versuch offenes Feuer vor der Nase haben, sollten Sie selbst entsprechend geschützt sein. Die Standardmaßnahmen reichen: Der (schwer entflammbare) Labormantel, Haare hinten zusammengebunden (wenn diese entsprechend lang sind) keine wallenden Schals etc. - schon gar nicht aus Kunstfasern.

Weiterführende Links

Video der BG-RCI zum Thema Gefährdung durch Erhitzen