Flammpunkt und Heizwert von Mineralölen

Experimente:
Versuch: Wie Kohlenwasserstoffe brennen


Obwohl die Kohlenwasserstoffe chemisch sehr ähnlich aufgebaut sind, zeigen sie doch in ihrem Brennverhalten Unterschiede (-> Versuch).

1. Flammpunkt
Damit ein Alkan verbrennen kann, muss es in bestimmter Konzentration als Gas im Gemisch mit Sauerstoff vorliegen. Gasförmige oder niedrig siedende Kohlenwasserstoffe können mit einer Flamme direkt entzündet werden, hochsiedende müssen dazu zusätzlich erhitzt werden. Dann verdunstet soviel oder es entstehen soviel brennbare Zersetzungsprodukte, dass sich ein entzündbares Gas/Luft-Gemisch bildet. Ein großer Teil der Aktivierungsenergie wird hierzu verwendet.

2. Leuchtkraft und Rußentwicklung
Flammen der hochsiedenden Alkane zeigen eine stärkere Leuchtkraft und Rußentwicklung als die der niedrig siedenden. Leuchten und Rußentwicklung der Flamme hängen direkt miteinander zusammen, denn beides beruht auf der Anwesenheit von feinverteiltem Kohlenstoff in der Flamme. (Diesen kann man gut zeigen, wenn man eine Flamme an einer kalten Oberfläche "abschreckt".) Bei der hohen Flammentemperatur werden die Kohlenwasserstoff-Moleküle gecrackt. Ein Teil des dabei freiwerdenden Kohlenstoffs wird wegen Sauerstoffmangel nicht verbrannt und scheidet sich feinverteilt als Ruß ab. Das betrifft ganz besonders die langkettigen Moleküle.
Die Rußneigung der Alkane hängt vom relativen Anteil der Kohlenstoff-Atome an der Gesamtzahl der Atome des jeweiligen Moleküls ab. Im Methan (CH4) sind z. B. 20 % der Atome Kohlenstoff-Atome; im Pentadecan (C15H32, im Dieselkraftstoff enthalten) sind es bereits 32 %. Besonders starkes Rußen beobachtet man bei den aromatischen Kohlenwasserstoffen. Beim Benzol (C6H6) ist die Atomzahl des Kohlenstoffs bereits 50 %, beim doppelringigen Naphthalin (C10H8) 56 %.

3. Heizwert
Bei der Verbrennung aller Brennstoffe, also auch von Erdöl und seinen Destillationsprodukten (zusammengefasst als Mineralöl bezeichnet) wird die Reaktionsenergie als Wärme freigesetzt. Die Verbrennung von Pentan wird z. B. durch folgende Gleichung beschrieben:

C5H12 + 8 O2 ———> 5 CO2 + 6 H2O      /exotherm

Bei dieser Reaktion werden pro Mol Pentan (das sind 72 g) 3244 kJ freigesetzt.

In der Technik bezieht man sich lieber auf Massenangaben wie Kilogramm oder (bei Gasen) auf Volumenangaben wie Kubikmeter. Diesen Wert nennt man Heizwert.

Für unser Pentan bedeutet das:

1000 g Pentan entsprechen 1000 g / 72 g/mol = 13,89 mol Pentan. Diese liefern bei der Verbrennung 13,89 mol · 3244 kJ/mol = 45059 kJ.

Der Heizwert von Pentan beträgt also 45059 kJ/kg.


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Letzte Überarbeitung: 07. Februar 2012, Dagmar Wiechoczek