Ein faszinierender Prozess: wie brennt eine Kerzenflamme?

Die chemische Verbrennung einer Kerzenflamme: Ein faszinierender Prozess

 

Kerzen spielen seit Jahrhunderten eine zentrale Rolle in verschiedenen Kulturen und Ritualen. Ob als Lichtquelle, bei religiösen Zeremonien oder zur Schaffung einer gemütlichen Atmosphäre - Kerzen faszinieren uns nach wie vor. Doch während wir oft die ästhetische Schönheit einer brennenden Kerze schätzen, bleibt der chemische Prozess, der in der Flamme steckt, meist unbeachtet. Dieser Blog-Beitrag widmet sich der Frage, wie eine Kerzenflamme chemisch verbrennt, und erklärt die beteiligten Prozesse und Reaktionen detailliert.

Die Anatomie der Kerze und der Kerzenflamme

Eine typische Kerze besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Wachs und dem Docht. Das Wachs, meist Paraffin (ein Gemisch aus gesättigten Kohlenwasserstoffen) oder Stearin (meist aus tierischen oder pflanzlichen Fetten), dient als Brennstoff. Wir bei OLUMINA verwenden nachwachsende und daher  umweltfreundliche Rohstoffe. Das Hauptwachs ist Olivenwachs und Rapswachs. Der Docht, oft aus geflochtenen Baumwollfasern, hat die Aufgabe, das flüssige Wachs zur Flamme zu transportieren.

Die Kerzenflamme selbst lässt sich in verschiedene Zonen unterteilen, die jeweils unterschiedliche Temperaturen und chemische Prozesse aufweisen:

- Die nichtleuchtende, blaue Basis: Diese Zone liegt direkt über dem Docht und ist am heißesten. Hier findet die erste Phase der Verbrennung statt.

- Die leuchtende, gelbe Zone: Diese ist am deutlichsten sichtbar und enthält rußbildende Kohlenstoffpartikel, die gelb leuchten.

- Die äußere, durchsichtige Zone: Diese Zone ist fast unsichtbar und markiert den Bereich, in dem die vollständigste Verbrennung stattfindet.

Der Beginn der Verbrennung: Das Schmelzen und Verdampfen des Wachses

Wird eine Kerze anzündet, beginnt der Docht sofort zu brennen. Durch die Hitze der Flamme schmilzt das Wachs in der Nähe des Dochtes. Das geschmolzene Wachs wird durch Kapillarkräfte im Docht nach oben gezogen, wo es weiter erhitzt wird. Dabei verdampft das Wachs und bildet brennbare Dämpfe. Diese Dämpfe sind es, die tatsächlich verbrennen und die sichtbare Flamme erzeugen.

Die Pyrolyse: Thermische Zersetzung des Wachses

Der chemische Prozess der Verbrennung beginnt mit der Pyrolyse, einer thermischen Zersetzung des Wachses in kleinere Moleküle. Diese Zersetzung findet hauptsächlich in der blauen Basis der Flamme statt, wo die Temperaturen am höchsten sind (bis zu 1.400°C). Wird Paraffin-Wachs verwendet, besteht dies aus Kohlenwasserstoffen mit der Formel CnH2n+2 und wird in kleinere Moleküle zerlegt, darunter Gase wie Methan, Ethylen und andere brennbare Kohlenwasserstoffe.

Die Oxidationsreaktion: Freisetzung von Energie

Diese kleineren Kohlenwasserstoffmoleküle diffundieren von der blauen Basis in die leuchtende Zone der Flamme, wo sie mit Sauerstoff aus der Luft reagieren.

Diese Reaktion setzt eine erhebliche Menge an Energie frei, die in Form von Licht und Wärme wahrgenommen wird. Die Energie sorgt zudem dafür, dass der Prozess kontinuierlich abläuft, solange Wachs und Sauerstoff verfügbar sind.

Die Bildung von Ruß und Lichtemission

In der leuchtenden Zone der Flamme ist die Sauerstoffversorgung nicht vollständig. Dies führt zur unvollständigen Verbrennung und zur Bildung von Kohlenstoffpartikeln (Ruß). Diese Rußpartikel glühen in der Hitze der Flamme und emittieren sichtbares gelbes Licht. Dieser Prozess der Lichtemission durch Rußpartikel erklärt, warum Kerzenflammen gelb leuchten.

Interessanterweise kann die genaue Farbe und Intensität der Flamme durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter die Zusammensetzung des Wachses, die Größe und Beschaffenheit des Dochtes und die Verfügbarkeit von Sauerstoff.

Die äußere Zone: Vollständige Verbrennung

In der äußeren, durchsichtigen Zone der Flamme ist der Sauerstoffgehalt am höchsten. Hier findet die vollständigste Verbrennung statt, wobei alle verbliebenen Kohlenstoffpartikel vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden. Diese Zone ist entscheidend für die Effizienz der Verbrennung und minimiert die Bildung von Schadstoffen.

Umweltaspekte und Nachhaltigkeit

Die Verbrennung von Kerzen erzeugt neben Licht und Wärme auch Abfallprodukte wie Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Bei der Verwendung von Paraffinwachskerzen, die aus Erdöl gewonnen werden, trägt dies zur CO2-Belastung der Atmosphäre bei. Stearinkerzen, die aus nachwachsenden Rohstoffen, wie tierischen oder pflanzlichen Fetten hergestellt werden, gelten als umweltfreundlicher, da sie einen kleineren CO2-Fußabdruck hinterlassen.

Ein weiteres Umweltproblem stellt die Bildung von Rußpartikeln dar, die bei der unvollständigen Verbrennung entstehen. Diese Partikel können gesundheitsschädlich sein, insbesondere in Innenräumen mit schlechter Belüftung. Um die Umweltbelastung zu reduzieren, ist es ratsam, Kerzen aus nachhaltigen Materialien wie Olivenwachs, Rapswachs oder Sojawachs, die weniger Schadstoffe freisetzen, zu nutzen.

Sicherheit und richtige Handhabung von Kerzen

Um die chemische Verbrennung einer Kerze optimal zu gewährleisten und Gefahren zu minimieren, sollten einige Sicherheitsregeln beachtet werden:

- Kerzen sollten stets in einem stabilen und hitzebeständigen Halter aufgestellt werden.

- Sie sollten nie unbeaufsichtigt brennen und außer Reichweite von Kindern und Haustieren aufgestellt werden.

- Der Docht sollte regelmäßig auf eine Länge von etwa 0,5 - 0,8 mm gekürzt werden, um eine gleichmäßige Verbrennung zu gewährleisten und Rußbildung zu minimieren.

- Kerzen sollten nicht in Zugluft brennen, da dies die Flamme instabil macht und die Verbrennung beeinträchtigt.

Fazit: Die Schönheit der Wissenschaft hinter der Kerzenflamme

Die Flamme einer Kerze ist mehr als nur ein hübsches Licht, sie ist das sichtbare Resultat komplexer chemischer Prozesse. Von der Pyrolyse des Wachses über die Oxidation der Kohlenwasserstoffe bis hin zur Emission von Licht durch glühende Rußpartikel, jeder Schritt trägt zur Faszination und Funktionalität der Kerze bei. Die Kenntnis dieser Prozesse kann nicht nur unser Verständnis für die Chemie des Alltags vertiefen, sondern auch unsere Wertschätzung für die scheinbar einfachen Dinge in unserem Leben steigern.

Wenn wir das nächste Mal eine Kerze anzünden, können wir die Wärme und das Licht mit einem neuen Bewusstsein genießen, das sowohl die ästhetischen als auch die wissenschaftlichen Wunder einer brennenden Kerze umfasst.