Brennbare Flüssigkeiten und Gase $

Unter einer Flüssigkeit versteht man einen Stoff, dessen kleinste Teilchen, die Atome oder Moleküle, nicht fest in einem Kristallgitter angeordnet, sondern gegeneinander verschiebbar sind. Dass geringe Bindekräfte vorhanden sind, beweist das Vorhandensein einer Oberfläche. Die Oberfläche einer Flüssigkeit ist, wenn nur die Schwerkraft wirkt, stets eben, d.h. genaugenommen der Teil einer Kugeloberfläche. Eine Flüssigkeit ist die Schmelze eines festen Stoffes oder das Kondensat eines

Dampfes. Stoffe werden Flüssigkeiten genannt, die bei Umgebungstemperatur (20°C) flüssig sind, z.B. Wasser oder Quecksilber. 

Befinden sich in einem Gefäss Flüssigkeit und Dampf, so nennt man den Dampf gesättigt. Gesättigter Dampf und Flüssigkeit haben immer die gleiche Temperatur. Der Anteil des Dampfes ist abhängig vom Dampfdruck der Flüssigkeit. Der Dampfdruck ist seinerseits abhängig von der Temperatur. 

Wenn in einem Gefäss die gesamte Flüssigkeit verdampft ist, nennt man den Dampf ungesättigt. Seine Temperatur ist höher als der Siedepunkt der Flüssigkeit. Ungesättigter Dampf verhält sich wie ein Gas. Umgekehrt verhält sich ein Flüssiggas wie gesättigter Dampf. Dampf und Gas sind für unsere Betrachtung der gleiche Zustand. Von einem Dampf spricht man, wenn der betreffende Stoff bei Umgebungstemperatur flüssig ist, also Wasserdampf oder Benzindampf. Ist der Stoff bei Umgebungstemperatur schon gasförmig, so nennt man ihn Gas, z. B. Wasserstoffgas oder Propangas. 

• Ein brennbarer Stoff in Gasform brennt sehr rasch und intensiv ab, er kann explodieren oder sogar detonieren.

• Zur Entzündung reichen geringste Energiemengen.

• In Behältern zeigt Gas bei Erwärmung ein so starkes Ausdehnungsbestreben, dass ein

  Zerknall des Behälters die Folge sein kann.

• Ein giftiger Stoff im gasförmigen Zustand gelangt durch die Atmung zwangsläufig in den

  Körper, wogegen ein Gift in flüssiger oder fester Form ungefährlich ist, solange man es

  nicht berührt.

• Ein Gas verdrängt den lebensnotwendigen Sauerstoff oder setzt zumindest seine

  Konzentration herab. 

Unter dem Einfluss der Schwerkraft versuchen alle Teilchen einer Flüssigkeit, sich in Richtung Erdmittelpunkt zu bewegen. Dem steht die Festigkeit einer Oberfläche entgegen d. h. die Festigkeit der Gefässwand. Die Flüssigkeit drückt aber nicht nur auf den Boden eines Gefässes, sondern auch auf die umgebenden Wände. Ist das Gefäss allseitig geschlossen, so ist der Druck auf alle Behälterwandungen gleich. Eine Flüssigkeit in einem offenen Gefäss hat als obere "Behälterwand" den atmosphärischen Luftdruck.

Ist die Flüssigkeit nicht von einem Gefäss umschlossen, so folgt sie einem Gefälle solange, bis jedes Teilchen den tiefstmöglichen Punkt erreicht hat. Ist die Unterlage eben, so breitet sich die Flüssigkeit so lange nach den Seiten aus, bis die Oberflächenspannung grösser wird als die Schwerkraft. Dabei vergrössert sich die Oberfläche auf der Dampf abgegeben wird. Die Geschwindigkeit der Ausbreitung wird dabei von einer Eigenschaft bestimmt, dieman Zähigkeit oder Viskosität nennt. 

Bei Ölen und ähnlichen Flüssigkeiten ist der Stockpunkt diejenige Temperatur, bei der die Flüssigkeit gerade aufhört, unter dem Einfluss der Schwerkraft zu fliessen. 

Bei einem Gas bewegen sich sämtliche Stoffteilchen (Atome oder Moleküle) nach Grösse und Richtung völlig ungeordnet und unabhängig voneinander in dem zur Verfügung stehenden Raum. 

Wenn sich die Temperatur eines Gases (d.h. die durchschnittliche Geschwindigkeit der Gasteilchen) in einem geschlossenen Raum erhöht, so steigt der Druck.

Die Wärmezufuhr bewirkt eine Temperaturerhöhung und damit eine Wärmeausdehnung. Der Druck auf die Behälterwand und Kolben steigt. (Prinzip des Verbrennungsmotors) 

Wenn der Druck im Gasgefäss erhöht wird, wenn man also das Gas verdichtet, so steigt die Temperatur.

Erhöhung des Druckes bewirkt Verkleinerung des Gasraumes (Kompression) und damit
T emperaturerhöhung. 

Zu den chemischen Eigenschaften eines Stoffes zählt man solche, die bei Einwirkung anderer Stoffe eine Änderung der chemischen Substanz bewirken. Solche Vorgänge nennt man allgemein Reaktion.

Z. B. entsteht durch die Verbrennungsreaktion des festen Kohlenstoffes mit dem Gas Sauerstoff ein völlig neuer Stoff: das Gas Kohlenstoffdioxid CO2. 

Voraussetzung für die Brennbarkeit eines Stoffes ist das Vorhandensein chemischer Elemente, die unter Abgabe von Wärmeenergie mit Sauerstoff eine Verbindung eingehen. Bekanntlich ist die Verbrennung eine schnell verlaufende Oxidation, d. h. Verbindung mit Sauerstoff.

Alle brennbaren Gase bestehen im wesentlichen aus den Bestandteilen Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C). Auch alle flüssigen Brennstoffe sind "Kohlenwasserstoffe".

Die Verbrennungsprodukte nennt man allgemein Oxide, das Oxid des Wasserstoffes, H2O, ist das Wasser (als Verbrennungsprodukt in Dampfform). Wasser als Verbrennungsprodukt kann beobachtet werden, wenn im Winter bei Frost ein Ottomotor angelassen wird. 

Unter dem Heizwert eines Stoffes versteht man die bei der Verbrennung eines Kilogramms oder Normkubikmeters Brennstoff freiwerdende Wärmemenge in Joule(J) oder kWh (1kWh = 3600 kJ).

Es leuchtet ein, dass ein Brennstoff mit hohem Heizwert schneller abbrennt als ein Brennstoff mit niedrigem Heizwert. 

Der Sauerstoff O (von Oxygenium) ist kein brennbares Gas, gehört als Grundsubstanz jedoch zu jeder Verbrennung. Sauerstoff kommt in der Natur als Gemenge mit Stickstoff vor, sonst in chemischer Verbindung mit beinahe allen anderen Stoffen, wobei mengenmässig insbesondere das Wasser von Bedeutung ist. Er ist ein farb- und geruchloses, ungiftiges Gas, das die Verbrennung unterhält.

Bei Umgebungstemperatur reagiert Sauerstoff mit anderen Stoffen träge bis überhaupt nicht. Dies ist von allen langsamen Oxidationen wie Rosten des Eisens oder Braunfärbung des Kupfers oder Verharzen von pflanzlichen Ölen her bekannt. 

Da beinahe alle Brände in Luft ablaufen, soll hier die Luft mit ihrem Hauptbestandteil Stickstoff N (Nitrogenium) erwähnt werden. Luft und Stickstoff sind keine brennbaren Gase. Die Fähigkeit der Luft, eine Verbrennung zu unterhalten, beruht allein auf ihrem Gehalt an Sauerstoff. Dieser muss zur Unterhaltung der Verbrennung mindestens 15 bis 17% betragen.

Die Luft ist ein Gemenge aus 21% O2 und 79% N2. Die anderen Bestandteile, Edelgase, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf können in dieser Betrachtung vernachlässigt werden.

Stickstoff ist ein farbloses, geruchloses, unbrennbares und ungiftiges Gas. Die Stickstoff- Sauerstoffverbindungen sind unter dem Namen Stickoxide oder nitrose Gase bekannt.

In Sprengstoffen ist der Stickstoff der Sauerstoffträger, was man aus den Bezeichnungen Nitroglyzerin oder Tri-nitro-toluol erkennen kann. 

Der Wasserstoff H (Hydrogenium) ist das leichteste Gas. Wasserstoff kommt in der Natur nicht allein vor, sondern er ist chemischer Bestandteil von Verbindungen. Hierzu gehören das Wasser H2O und fast alle organischen Verbindungen. Er ist ein farb-und geruchloses, ungiftiges, brennbares Gas. Im Gemisch mit reinem Sauerstoff im Verhältnis 2 Teile H2 zu 1 Teil O2 entsteht Knallgas das in Form einer Detonation verbrennt. 

Methan (CH4) ist ein farb- und geruchloses, ungiftiges, brennbares Gas. Es entsteht beim Verfaulen organischer Stoffe unter Luftabschluss. Es ist auch unter der Bezeichnung Sumpf- oder Grubengas bekannt. Es bildet den überwiegenden Bestandteil des Erdgases (97-98%). Es entsteht auch beim Destillieren von Roh- oder Erdöl. 

Propan C3H8 ist ein farb- und geruchloses, ungiftiges, brennbares Flüssiggas.

Propan kommt in der Natur in "Gaskappen" über Erdöllagerstätten vor, technisch ist es ein Ergebnis der Destillation des Erdöls. 

Butan C4H10 ist ein farb- und geruchloses, ungiftiges, brennbares Flüssiggas.

Von besonderer Wichtigkeit ist das Temperaturverhalten von Flüssiggas in geschlossenen Behältern. Die Flüssigkeit dehnt sich bei Erwärmung stark aus. Solange in der Flasche über der Flüssigkeit noch ein Gaspolster ist, herrscht in diesem Gasraum der temperaturabhängige Gasdruck. Dehnt sich jedoch mit steigender Temperatur die Flüssigkeit so aus, dass kein Gasraum mehr verbleibt, so folgt von diesem Punkt an der Druckanstieg nicht mehr der Dampfdruckkurve, sondern steigt wesentlich steiler an: 7-8 bar pro 1°C Temperaturanstieg. Alle Behälter müssen de shalb einen entsprechend grossen Sicherheitsraum haben. Behälter für verflüssigte Gase, deren kritische Temperatur über 40° C liegt, dürfen nur zu 95% ihres Volumens bei 40°C gefüllt sein. 

Das Acetylen C2H2 ist gasförmig, farblos und in reinem Zustand geruchlos, der typische stechende Geruch kommt von Verunreinigungen mit Phosphorwasserstoff, Schwefelwasserstoff und Ammoniak; es ist in reinem Zustand ungiftig und wirkt als Narkotikum. In Luft ist es träge brennbar, die Flamme russt stark, was erkennen lässt, dass der Kohlenstoff nur unvollständig verbrennt. Wird es jedoch in einem besonderen Brenner mit Sauerstoff verbrannt, so erfolgt eine sehr heftige Verbrennung mit stark leuchtender Flamme (Weissglut der Kohlenstoffteilchen) und Flammentemperaturen von 2000-3000°C. Gemische mit Luft oder Sauerstoff explodieren oder detonieren. Um Acetylen in Behältern unter Druck zu speichern wird die Flasche mit einer porösen Kieselgurfüllung gefüllt, deren Poren mit Azeton gefüllt sind. Azeton hat die Eigenschaft, Acetylen in grosser Menge zu lösen (wie Sauerstoff im Wasser gelöst ist). In solche Flaschen kann Acetylen gefahrlos mit 12-15 bar gepresst werden. Die poröse Masse hat dabei die Aufgabe, die Bildung eines Gasraumes zu verhindern. Siehe Thema Gefahren an der Einsatzstelle. 

Das Ammoniak NH3 ist ein farbloses brennbares Gas von heftig beissendem Geruch, das als Kühlmittel und als Kunstdüngerbasis verwendet wird. Mit reinem Sauerstoff verbrennt es zu Wasser und Stickstoff. 

Schwefelwasserstoff H2S, ist ein farbloses, brennbares Gas, riecht sehr unangenehm "nach faulen Eiern" und ist stark giftig. 

Kohlenstoffmonoxid CO ist farblos, geruchlos, brennbar und stark giftig. Im Zusammenhang mit der unvollständigen Verbrennung bei der das CO entsteht steht der sogenannte "flash- over" und die Stichflammenbildung. Es entsteht auch wenn Wasserdampf auf glühende Kohlen trifft. (Kohlenkeller oder Koksbunker) 

Kohlenstoffdioxid CO2, fälschlich Kohlensäure genannt (Kohlensäure hat die Formel H2CO3 und entsteht bei der Lösung von CO2 in Wasser), ist ein farb- geruchloses, nicht brennbares ungiftiges Gas, dass aber Sauerstoffverdrängend ist was zu Lähmung des Atemzentrums führen kann.

CO2 wird gasförmig, flüssig oder als Schnee als Löschmittel eingesetzt. Als inertes (= träges nicht an der Reaktion beteiligtes) Gas dient es als Löschmittel in geschlossenen Räumen. 

Benzin wird vorwiegend als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren verwendet. Es ist eine farblose, brennbare und giftige Flüssigkeit, die nicht mit Wasser mischbar ist. Es wird aus Erdöl gewonnen und besteht zur Hauptsache aus Kohlenwasserstoffen. 

Benzol (ebenfalls ein Kohlenwasserstoff) ist eine farblose, betäubend riechende, brennbare und giftige Flüssigkeit. Die Flüssigkeit und ihre Dämpfe stellen ein starkes Nervengift dar, das sowohl durch die Atmung, als auch durch die unverletzte Haut in den Körper gelangt (hautresorptiv). Im Umgang mit Benzol und seinen Homologen Toluol, Xylol und Phenol ist Atemschutz (PA) und Körperschutz (Vollschutz) zu tragen. Sowohl das Benzol, als auch sein Russ sind krebserregend. Schutzanzüge sind nur über eine begrenzte Zeit gegen Benzol beständig. 

Methylalkohol ist der einfachste Alkohol, eine farblose, brennbare giftige Flüssigkeit von brennendem Geschmack. Methylalkohol ist mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar. Er brennt mit schwach blauer Flamme. Getrunken oder eingeatmet bewirkt er Erblindung, ab 50g tödliche Wirkung. 

Ethylalkohol, auch Ethanol, Weingeist oder Sprit genannt ist farblos, brennbar, von angenehmen Geruch, in geringen Mengen ungiftig, mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar, in grösseren Mengen ein berauschendes Nervengift, ab 300g tödlich. Ethylalkohol entsteht bekanntlich durch die Gärung aus Zucker unter Abgabe von CO2 oder durch chemische Synthese. Der grösste Teil des Alkohols dient zur Herstellung von Getränken. 

Äther ist mit Wasser nur geringfügig mischbar und neigt bei Einwirkung von Sauerstoff und Sonnenlicht zur explosiven Selbstzersetzung, also sehr brandgefährlich. Äther ist eine klare, farblose, brennbare Flüssigkeit von typischem Geruch. Äther ist betäubend, aber ungiftig. Abgesehen von seiner Feuergefährlichkeit ist er ein gutes Narkosemittel. Äther wird chemisch durch Synthese hergestellt und ist ein weitverbreitetes Lösungsmittel. 

Schwefelkohlenstoff ist eine wasserhelle, sehr gefährliche brennbare Flüssigkeit von üblem Geruch. Es ist ein Nervengift, das auch hautresorptiv wirkt Schwefelkohlenstoff ist mit Wasser nicht mischbar und kann mit Wasser gelöscht werden. 

Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung sind alle natürlichen Öle und Fette brennbar.

("Natürliche" deshalb, da es synthetische Öle gibt, die nichtbrennbar sind. Man verwendet sie häufig in der Ölhydraulik). Da ein Teil der pflanzlichen Öle aus der Luft Sauerstoff aufnimmt, kommt es bei solchen Ölen bei geeigneten Randbedingungen zur Selbstentzündung (Leinöl).

Wachse sind in erwärmtem Zustand gefährliche brennbare Flüssigkeiten. 

ie Gefahr der Ausbreitung eines Brandes ist bei brennbaren Flüssigkeiten und Gase aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften immer gegeben. Durch die Zündung der Dämpfe entsteht eine plötzliche starke Erhöhung der Brandraumtemperatur und es erfolgt damit auch eine Ausbreitung des Brandes auf noch nicht brennende feste Brennstoffe.

Gase haben ein noch viel stärkeres Ausbreitungsbestreben als Flüssigkeiten. Gas verbreitet also einen Brand über den ganzen Raum. Die eigentliche Flamme ist ja nichts anderes als ein glühender, Licht und Wärme abgebender Gasstrahl.

Zu einer besonderen Art der Brandausbreitung gehört die sogenannte Fettexplosion. Wird in eine höhersiedende Flüssigkeit ein Löschwasserstrahl geleitet, so dringt das Wasser wegen seiner Bewegungsenergie und wegen seiner meist höheren Dichte rasch in die Flüssigkeit ein und wird im Innern der Flüssigkeit plötzlich über seinen Siedepunkt erhitzt. Dabei erfolgt eine vollständige Umwandlung in Dampf und damit eine Volumenvergrösserung um das 1700- Fache und die brennbare Flüssigkeit wird eruptiv aus dem Gefäss geschleudert.