Auf die Mischung kommt es an: Die Zünd- bzw. Explosionsgrenzen

Experimente:
Versuch: Zündgrenzen von Benzin/Luft-Gemischen


Zur vollständigen Ausnutzung der chemischen Energie, die im Brennstoff/Luft-Gemisch steckt, reicht es nicht aus, das optimale Mischungsverhältnis zur Verbrennung aus der Reaktionsgleichung herzuleiten. Stöchiometrische Umsetzung bedeutet quantitatives und relativ langsames Abbrennen. Nun sind unsere "Verbrennungsmotoren" genau genommen "Explosionsmotoren". Der jeweilige Explosionsbereich schwankt in weiten Grenzen und muss experimentell ermittelt werden.

Brennstoffe untere
Explosionsgrenze
Vol-%
obere
Explosionsgrenze
Vol-%
optimale
Mischung
Vol-%
Methan 5,0 15,0 9,0
Propan 2,1 9,5 4,0
Butan 1,5 8,0 1,9
Benzin (n-Octan) 0,6 8,0 1,6
Dieselkraftstoff 0,6 6,5 -

Mit der Existenz von Explosionsgrenzen kann man auch erklären, warum im Keller ausströmendes Gas sich nicht dort entzündet, sondern meist erst im Obergeschoß: Im Keller liegt das austretende Gas so konzentriert vor, dass die obere Explosionsgrenze rasch überschritten wird. Beim Aufsteigen in ein besser gelüftetes Obergeschoß verdünnt sich das Gas durch Vermischung mit Luft. Wenn es dabei in den Explosionsbereich gelangt, kann ein elektrischer Funke z. B. bei der Betätigung eines Lichtschalters, die Explosion auslösen.

Vergleicht man die Explosionsgrenzen für Methan, Propan und Butan in der Tabelle, so findet man, dass sich in der genannten Reihenfolge sich die Grenzen in Richtung auf einen höheren Sauerstoffbedarf bzw. -gehalt in der Mischung verschieben. Die optimale Zusammensetzung der Mischungen liefert das gleiche Ergebnis.
Begründung: In dieser Reihenfolge steigt die Zahl der für die Oxidation eines Brennstoffmoleküls benötigten Sauerstoffmoleküle.


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Letzte Überarbeitung: 02. September 2010, Dagmar Wiechoczek