Robis Antwort auf die Frage
Die Flamme einer Kerze ist ein faszinierendes Spiel von Chemie und Physik. Wenn wir eine Kerze anzünden, wird durch das entstehende Feuer der nahegelegene Docht erhitzt. Der Docht, meist aus Baumwollfasern bestehend, zieht das Kerzenwachs – das hauptsächlich aus Paraffin besteht – durch die Kapillarkraft nach oben. Das Wachs wird durch die Hitze der Flamme geschmolzen und verdampft dann in ihre Bestandteile. Sobald diese Dämpfe eine ausreichend hohe Temperatur erreichen, reagieren sie mit dem Sauerstoff aus der Luft in einer exothermen Reaktion – sie verbrennen.
Diese Verbrennung erzeugt Licht und Wärme, und das scheinbar einfache Ereignis wird zum komplexen Vorgang. Unterschiedliche Phasen während des Brennvorgangs, von der Schmelze des Wachses über die Verdampfung bis hin zur Reaktion der Wachsdämpfe mit Sauerstoff, spielen zusammen, um die leuchtende Kerzenflamme zu erzeugen. Die sichtbare Flamme besteht dabei aus mehreren Schichten unterschiedlicher Temperatur und chemischer Zusammensetzung.
Die Farbe der Flamme gibt dabei Hinweise auf ihre Temperatur und Zusammensetzung: Im innersten Bereich ist sie aufgrund unvollständiger Verbrennung bläulich, in der Mitte hellgelb durch die heißen Kohlenstoffteilchen, die im Wachs enthalten sind, und außen fast durchsichtig, wo die Verbrennung am vollständigsten ist und nur wenige Partikel vorhanden sind. Die genaue Analyse dieses Phänomens ist ein spannendes Thema für Physik- und Chemiebegeisterte!
Bisher haben wir die Frage
mindestens 5x erhalten. Hier die letzten 5 Fragen:
Woraus besteht der Docht einer Kerze?
Flammenflüsterer // 23.04.2021
Warum leuchtet eine Kerzenflamme?
Lichtsucher82 // 12.09.2022
Welcher Stoff sorgt dafür, dass Kerzen brennen können?
Wachsmeisterin // 05.06.2023
Wie funktioniert der Brennvorgang bei einer Kerze?
Feuerspazierer // 30.01.2021
Kann eine Kerze ohne Sauerstoff brennen?
Oxidator3000 // 17.11.2022
Bei einer Kerze brennt das Wachs, das als Brennstoff dient, sobald es durch den Docht aufgesaugt und durch die Flamme erhitzt wird.
Nicht nur das Wachs brennt, sondern genauer gesagt, die Wachsdämpfe, die durch die Hitze der Flamme freigesetzt werden, verbrennen und so die Flamme am Leben halten.
Interessanterweise ist es nicht das Wachs allein, sondern eine Reaktion des Wachses mit dem Sauerstoff in der Luft, die das Brennen ermöglicht!
Ausführliche Antwort zu
Der typische Aufbau einer Kerze besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Kerzenwachs und dem Docht. Das Wachs dient als Brennstoff für die Flamme, während der Docht zum Anzünden und Aufrechterhalten der Verbrennung benötigt wird. Der Docht ist oft aus verschiedenen Arten von Baumwollfasern gefertigt, die eine bestimmte Porosität aufweisen, um das flüssige Wachs effizient transportieren zu können.
Kerzenwachs ist eine brennbare Substanz, die das Hauptmaterial einer Kerze darstellt. Die meisten Kerzen enthalten heute Paraffin, ein Nebenprodukt der Erdölraffination, aber es gibt auch Kerzen aus Bienenwachs, Sojawachs oder anderen pflanzlichen Materialien. Beim Anzünden der Kerze schmilzt das feste Wachs um den Docht herum und bildet eine kleine Wachspfütze, aus der der Docht das flüssige Wachs ziehen kann.
Der Docht wirkt aufgrund der Kapillarwirkung. Das heißt, die engen Zwischenräume der Fasern saugen das geschmolzene Wachs aufgrund der Kapillarkräfte nach oben zum Punkt der Verbrennung. Gleichzeitig transportiert der Docht auch die entstehende Wärme nach unten, wodurch das Wachs um den Docht herum weiterhin geschmolzen wird. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Nachlieferung des Brennstoffs für die Flamme.
Wenn Kerzenwachs verdampft, spaltet es sich in kleinere Moleküle auf, die sich im heißen Bereich der Flamme mit dem Sauerstoff aus der Luft verbinden. Die Verbrennungsreaktion ist exotherm und setzt Energie in Form von Licht und Wärme frei. Neben Wasser und Kohlendioxid entstehen bei diesem Prozess auch andere Nebenprodukte, je nach Reinheit und Zusammensetzung des Wachses.
Die Kerzenflamme besteht aus verschiedenen Teilen mit unterschiedlichen Temperaturen und chemischen Prozessen. Ganz innen findet aufgrund des Sauerstoffmangels eine unvollständige Verbrennung statt, erkennbar an der bläulichen Färbung. In der Mitte ist die Temperatur am höchsten und die Flamme erscheint gelb, da hier Kohlenstoffpartikel glühen. Am Äußeren der Flamme kommt es zur vollständigen Verbrennung mit hohen Temperaturen und einer nahezu durchsichtigen Flamme. Die physikalischen Eigenschaften der Flamme wie die Temperaturverteilung und die Form sind wichtig für das Verständnis der Verbrennungsdynamik und werden in der Thermodynamik und Fluidmechanik untersucht.
Die Flamme einer Kerze kann in verschiedene Temperaturzonen untergliedert werden, die für den Brennvorgang wesentlich sind. An der Basis der Flamme, nahe dem Docht, finden wir die niedrigsten Temperaturen. Hier beginnt das Wachs zu verdampfen. Aufsteigend wird es zunehmend heißer, bis wir den heißesten Bereich in der Mitte der Flamme erreichen, wo Temperaturen von etwa 1400°C erreicht werden können. Diese Hitze ermöglicht eine nahezu vollständige Verbrennung der Wachsmoleküle. Im oberen Bereich kühlt die Flamme wieder ab, und die Verbrennungsprodukte entweichen in die Umgebung.
Die Farben einer Kerzenflamme sind Indikatoren für die unterschiedlichen Verbrennungsprozesse innerhalb der Flamme. Die bläuliche Farbe an der Basis deutet auf eine niedrigere Temperatur und unvollständige Verbrennung hin, bei der teilweise nur Gas verbrennt, das noch keine festen Partikel enthält. Der hellgelbe Bereich steht für die hohe Konzentration glühender Kohlenstoffpartikel, die durch Zersetzung des Wachses entstehen. Am Rand der Flamme beobachten wir eine fast durchsichtige Zone, sie zeugt von der vollständigen Verbrennung bei hohen Temperaturen, bei der die Kohlenstoffpartikel vollständig reagieren und somit kaum noch sichtbar sind.
Sauerstoff spielt bei der Verbrennung eine entscheidende Rolle. Ohne ihn kann das Wachs nicht verbrennen. Die Luft um die Flamme herum liefert den notwendigen Sauerstoff für die Oxidationsprozesse, die innerhalb der Flamme stattfinden. Diese Reaktion setzt die Energie frei, die wir als Wärme und Licht wahrnehmen. Eine gute Luftzufuhr ist essenziell für eine gleichmäßige und ruhige Verbrennung. Wird die Sauerstoffzufuhr unterbrochen, beginnt die Flamme zu flackern oder erlischt sogar.
Kerzen haben seit Jahrtausenden eine wichtige Rolle in der menschlichen Geschichte gespielt. Ursprünglich als Lichtquelle genutzt, sind sie heute auch ein Symbol für Feierlichkeiten, spirituelle Rituale und zur Schaffung einer gemütlichen Atmosphäre weit verbreitet. Das Verständnis des Brennvorgangs einer Kerze ist nicht nur für Chemie- und Physikliebhaber interessant, sondern hat auch praktische Anwendungen. Beispielsweise können die Eigenschaften der Flamme dazu verwendet werden, um die Qualität von Wachsen und Dochten zu bestimmen oder um sicherere und effizientere Verbrennungssysteme zu entwickeln. Der Prozess des Kerzenbrennens ist somit ein faszinierendes Zusammenspiel von Wissenschaft und Kultur.