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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