Feuer ist die schnelle Oxidation eines Materials (des Brennstoffs) in einem exothermen chemischen Verbrennungsprozess, bei dem Wärme, Licht und verschiedene Reaktionsprodukte (v.a. Kohlendioxid und Wasser) freigesetzt werden.
An einem bestimmten Punkt der Verbrennung, dem sogenannten Zündpunkt, entstehen Flammen. Die Flamme ist der sichtbare Teil des Feuers und besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid, Wasserdampf, Sauerstoff und Stickstoff.
Ablauf
Für die Entstehung eines Feuers sind 3 Voraussetzungen erforderlich:
- das Vorhandensein eines brennbaren Stoffes, wie Holz oder Benzin
- das Vorhandensein von Oxidationsmitteln wie Sauerstoff (in der Luft) oder z.B. Chlor
- die Temperatur wurde über den Punkt hinaus erhöht, an dem eine sich selbst erhaltende, nicht temperaturgesteuerte Oxidation stattfindet
Zum Beispiel kann eine elektrische Entladung, ein glühender elektrischer Leiter, konzentrierte Sonnenstrahlung (brennendes Glas), temperaturgesteuerte (Selbstentzündung) oder jede andere Form von Wärme, z. B. durch Druck oder Reibung (Streichholz), einen Brand auslösen.
Fehlt eine dieser Bedingungen, verlangsamt sich die Verbrennung und das Feuer erlischt - das ist die Grundlage jeder Brandbekämpfung.
Der beschriebene Prozess lässt sich in folgendem Schema (Verbrennungsdreieck) zusammenfassen: Brennstoff + Wärme + Oxidationsmittel ⇒ Feuer.
Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff "Feuer" häufig auf ein Phänomen, das Licht und Wärme erzeugt, unabhängig davon, ob es durch eine Verbrennung entsteht oder nicht. In einem weiteren Sinne umfasst Feuer auch die Verbrennung von Feststoffen ohne Flamme wie bei der Verbrennung von Glut.
Ein Feuer, das unkontrolliert ausbricht, wird Brand genannt. Brände entstehen auch auf natürliche Weise, durch Blitzschlag oder vulkanische Produkte ausgelöst.
Merkmale
Feuer ist kein eindeutiger Begriff. Zum Beispiel haben verschiedene Teile desselben Feuers unterschiedliche Temperaturen: Über einer brennenden Kerze ist es viel heißer als in der Mitte der Flamme selbst, weil in der Mitte der Flamme kein Sauerstoff vorhanden ist.
Je nach dem brennenden Stoff und der Temperatur kann die Flamme verschiedene Farben haben. Es ist immer das Gas eines Stoffes, das brennt, was bedeutet, dass feste Stoffe so weit erhitzt werden müssen, dass sie Gas abgeben, bevor sie zu brennen beginnen.
Ein Feuer kann verschiedene Stadien durchlaufen, von dem Moment an, in dem die 3 Grundelemente Brennstoff, Sauerstoff und Wärme zusammenkommen, bis das Feuer unkontrollierbar wird.
Farbe
Feuer kann je nach der Wärme, die es abgibt, verschiedene Farben haben. Die Farben des Feuers variieren je nach seiner Temperatur: blau (~2 000 °C), gelb und rot (~1 000 °C). Ein Herdfeuer, bei dem kein Wind weht, der das Feuer mit Sauerstoff versorgt, hat eine Durchschnittstemperatur von 700-800 °C.
Das Licht entsteht aus 2 Quellen:
- im blau-grünen Bereich durch die Deexcitation (Aberregung) von Verbindungen, die bei chemischen Reaktionen gebildet werden (u.a. CO2-, CH-Radikale; C2-Moleküle)
- in der gelb-orangen Region durch die thermische Emission (Schwarzkörperstrahlung) von Ruß, der in sauerstoffarmen Regionen gebildet wird
Dagegen strahlen die Reaktionsprodukte der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (CO2 und H2O) eher im (nicht sichtbaren) infraroten Spektralbereich.
Ethanol (Alkohol, Spiritus) brennt zum Beispiel mit einer rauchlosen blauen Flamme, die bei normalem Licht nicht immer sichtbar ist. Die Temperatur der Flamme ist relativ niedrig (zwischen 130ºC und 280ºC; Benzin hat einen um 30% höheren Brennwert).
Das zeigt sich auch im Film Feuerzangenbowle, in dem blau brennender Alkohol auf der Tischdecke problemlos mit der bloßen Hand ausschlagen wurde.
Zum Vergleich: Die Temperatur der Flamme einer Kerze liegt, je nach Zone, zwischen 400ºC bis 1.200ºC. Die erzeugte Wärme beträgt etwa 80 Watt bei 12 Lumen.
Löschen
Feuer kann gelöscht werden, indem man ein beliebiges Element des Feuerdreiecks entfernt. Betrachten wir eine Erdgasflamme, wie sie beispielsweise von einem Herdbrenner ausgeht. Das Feuer kann auf eine der folgenden Weisen gelöscht werden:- Abschalten der Gaszufuhr, wodurch die Brennstoffquelle entfernt wird
- vollständiges Abdecken der Flamme, wodurch die Flamme erstickt wird, da bei der Verbrennung sowohl das vorhandene Oxidationsmittel (der Sauerstoff in der Luft) verbraucht als auch durch CO2 aus dem Bereich um die Flamme verdrängt wird
- Anwendung eines Inertgases wie Kohlendioxid, wobei die Flamme durch Verdrängung des verfügbaren Oxidationsmittels erstickt wird;
- Anwendung von Wasser, das dem Feuer die Hitze schneller entzieht, als das Feuer sie erzeugen kann (ähnlich wird durch kräftiges Blasen auf eine Flamme die Hitze des aktuell brennenden Gases von seiner Brennstoffquelle verdrängt, mit dem gleichen Ziel)
- Einwirken eines Verzögerungsmittels wie beispielsweise Halon (ab 2023 in einigen Ländern weitgehend verboten) auf die Flamme, wodurch die chemische Reaktion selbst verzögert wird, bis die Verbrennungsgeschwindigkeit zu gering ist, um die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten.
Das Pulver (z.B. Monoammoniumphosphat, Kalium/Natrium-Hydrogencarbonat, etc.) in Feuerlöschern löscht ein Feuer durch Trennung der 3 Teile des Feuerdreiecks.
Kultur
Feuer ist auch eines der 4 klassischen Elemente, neben Wasser, Erde, Luft und wurde von den Menschen in Ritualen, zum Kochen, zur Wärme- und Lichterzeugung, zur Signalgebung, zu Antriebszwecken, zum Schmelzen, zum Schmieden und als Waffe verwendet.
Das Feuer (Verbrennung) war, wenn nicht eine der ersten, so doch mit Sicherheit die bedeutendste "Erfindung" des Menschen gewesen - die Zähmung des Feuers durch den Blitz und die spätere Feuererzeugung hatten die Lebensweise der Menschen radikal verändert.
Mit dem Feuer als Wärmequelle konnten Orte mit kälterem Klima besiedelt werden. Das Feuer veränderte auch die Ernährungsgewohnheiten der Menschen: Die Möglichkeit des Kochens und Grillens verbesserte die Nahrung, erleichterte die Aufnahme von Nährstoffen und ermöglichte die Nutzung von Pflanzen, die zuvor als ungenießbar galten.
Feuer konnte auch zum Schutz vor gefährlichen Tieren, als Wärmequelle für die Herstellung von Werkzeugen, zum Brennen von Tonwaren usw. und nicht zuletzt als Beleuchtung in der Nacht und in Höhlen genutzt werden - natürliches Tageslicht war plötzlich nicht mehr die einzige Option.