Flamme

Flamme, allgemein eine äußere Erscheinungsform, die (neben Glutbildung und Rauch) bei einer Verbrennung auftritt. Flammen enthalten eine Mischung aus Sauerstoff (oder Luft) und einem anderen, meist brennbaren Gas. Bei letzterem kann es sich beispielsweise um Wasserstoff oder auch einen verdampften Kohlenwasserstoff handeln.

Ein typisches Beispiel einer Flamme ist die Kerzenflamme. Wird die Kerze entzündet, schmilzt durch die Hitze der Zündholzflamme etwas Wachs, das daraufhin aufgrund von Kapillarkräften im Docht emporsteigt und anschließend durch die Wärme verdampft. Das Wachs zersetzt sich bei der hohen Temperatur und reagiert mit dem Sauerstoff der umgebenden Luft hauptsächlich zu Wasser und Kohlendioxid – durch unvollständige Verbrennung bildet sich auch das giftige Kohlenmonoxid. Die zusätzlich durch diese Reaktion gebildete Wärme ruft praktisch die Flammenerscheinung hervor.

Eine Kerzenflamme hat drei deutlich unterscheidbare Zonen. Der innerste Bereich ist ein nicht leuchtender Kegel aus einer Gas-Luft-Mischung mit relativ niedriger Temperatur. Im zweiten, gelb leuchtenden Kegel herrscht eine Temperatur von rund 590 bis 680 °C. Diesen gelb leuchtenden Kegel umschließt ein dritter, nicht sichtbarer Bereich.

Hält man einen kalten Gegenstand in die äußeren Teile der Flamme, so wird die Flamme an dieser Stelle kälter. Dabei kann die Verbrennungstemperatur unterschritten werden, und als Folge bilden sich unverbrannter Kohlenstoff und Wasserstoff. Zieht man beispielsweise eine Porzellanschale durch eine Kerzenflamme, schlägt sich Kohlenstoff in Form von Ruß auf der Schalenoberfläche nieder.

Jede brennbare Substanz benötigt zur vollständigen Verbrennung einen bestimmten Anteil an Sauerstoff. (Eine Flamme kann man auch bei Reaktionen in reinem Chlor beobachten, aber dabei findet keine vollständige Verbrennung statt.) Beim Brennen einer Kerze oder eines Brennstoffs im Kamin wird der erforderliche Sauerstoff der umgebenden Luft entnommen. Bei Schweißbrennern und bei verschiedenen Arten von Gasbrennern wird Luft oder reiner Sauerstoff mit dem Gas vor der Düse vermischt, so dass der gasförmige Brennstoff am Ausgang der Düse fast sofort verbrannt wird. Diese Flammen leuchten praktisch nicht, nehmen ein geringeres Volumen ein und sind viel heißer als eine einfache Kerzenflamme. In einem so genannten Bunsenbrenner erreicht man eine Temperatur von rund 1 600 °C. Der heißeste Teil der Flamme eines Sauerstoff-Acetylen-Brenners, der zum Schweißen von Metallen dient, ist bis zu 3 500 °C heiß. Die Flamme dieses Brenners ist meist bläulichgrün gefärbt. Verringert man die Sauerstoffzufuhr, dann erhalten solche Brennerflammen vier Kegel: nicht leuchtend, bläulichgrün, leuchtend und unsichtbar.

Die bläulichgrüne Zone einer Flamme nennt man auch reduzierende Zone, denn in ihr ist nicht genug Sauerstoff vorhanden. Daher wird einer hier eingebrachten Substanz der Sauerstoff nach Möglichkeit entzogen, d. h., die Substanz wird reduziert. Die äußerste Zone wirkt oxidierend, weil in ihr Sauerstoff im Überschuss vorliegt. Mit Hilfe der Laserspektroskopie kann man inzwischen die molekularen Vorgänge in den verschiedenen Zonen der Flammen viel besser untersuchen, als das früher möglich war.