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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