als im Winter. Dies wird beschleunigt, wenn der Umgebungsdruck zudem noch niedrig ist. Den Einfluss des Druckes kennt jeder, der schon einmal in den Hochalpen Wasser gekocht hat. Der Luftdruck ist geringer (es drückt weniger »Gewicht« der darüberliegenden Luftschichten nach unten), das Wasser kocht schneller. Auf dem Mount Everest kocht Wasser schon bei etwa 70 °C, ein Ei hier hartzukochen ist somit unmöglich. Auch ein Schulexperiment kann hier den Zusammenhang verdeutlichen: Füllt man Wasser in ein Gefäß, aus dem man die Luft herausziehen kann, so wird man feststellen, dass ab einem bestimmten Punkt ein so niedriger Druck erreicht ist, dass Wasser bei Raumtemperatur »kocht«.
Da reine Zahlenwerte für die Feuerwehr meist geringen Nutzen haben, versucht man Relationen zu einem bestimmten Stoff herzustellen. Zur Verdeutlichung des Dampfdrucks wurde nach DIN 53170 der vielen bekannte (Diethyl-)Ether als Bezugsstoff festgelegt und die Verdunstungszahl definiert. Diethylether hat demnach die Verdunstungszahl 1. Ist die Verdunstungszahl eines Stoffes größer 1, so verdunstet der Stoff langsamer, man spricht von einer geringeren Flüchtigkeit als Diethylether. Eine Verdunstungszahl kleiner 1 bedeutet schnelleres Verdunsten, also eine relativ hohe Flüchtigkeit.
Solange kein Behältnis den Austritt der Flüssigkeitsteilchen beschränkt, geht das Verdampfen solange weiter, bis die Flüssigkeit verschwunden ist. In einem Behälter (Kesselwagen, Tankzug, Fass) stellt sich bei gleichbleibender Temperatur irgendwann eine Sättigung des gasförmigen Raums des Behälters mit Stoffteilchen ein, das Verdampfen kommt quasi zum Stillstand, der sogenannte Sättigungsdampfdruck ist erreicht. Wird die Temperatur erhöht, steigt auch der Sättigungsdampfdruck. So kann es zum Beispiel in den Sommermonaten vorkommen, dass bei hohen Außentemperaturen der Sättigungsdampfdruck in einem Kesselwagen oder Tankzug so groß wird, dass der zulässige Betriebsdruck überschritten wird und das Sicherheitsventil anspricht.
Diejenige Temperatur einer Flüssigkeit, bei welcher der Sättigungsdampfdruck dem definierten Normaldruck von 1 013 mbar (Luftdruck auf Meereshöhe) entspricht, nennt man Siedetemperatur, in Feuerwehrkreisen meist auch Siedepunkt genannt. Die Temperatur, bei der bei einem Druck von 1 013 mbar Dampf in die Flüssigphase übergeht, nennt man Taupunkt.
Bei brennbaren Flüssigkeiten gilt es jedoch noch ein paar weiter Begrifflichkeiten bzw. sicherheitstechnische Kennzahlen zu erläutern, sinnvollerweise auf der Temperaturskala von niedrigen Temperaturen zu hohen Temperaturen. Die erste relevante Kennzahl hierzu ist der Flammpunkt. Es handelt sich hierbei um die Temperatur, bei der sich Dämpfe in einer so hohen Konzentration über der Flüssigkeit entwickeln, dass sich das Dampf-Luftgemisch bei Kontakt mit einer Zündquelle entzündet. Der Dampfdruck der Flüssigkeit ist am Flammpunkt so groß, dass es zwar zu einer Entzündung kommt, er ist aber so gering, dass nicht genügend weiterer Dampf entsteht, damit es selbstständig weiterbrennt. Entfernt man die Zündquelle, geht die Flamme wieder aus.
Bild 12: Darstellung unterschiedlicher Flammpunkte in einer nach oben und unten offenen Flammpunktskala (Quelle: Roy Bergdoll)
Ab einer bestimmten Temperatur entwickelt sich über der Flüssigkeit jedoch so viel Dampf, dass sich das Dampf-Luftgemisch beim Kontakt mit einer Zündquelle entzündet und von selbst weiterbrennt. Diesen Temperaturbereich nennt man Brennpunkt. Hält man die Zündquelle am Flammpunkt weiter über die Flüssigkeit, so ist bei vielen brennbaren Flüssigkeiten relativ schnelle der Brennpunkt erreicht. Tabelle 1 zeigt auf, wie nahe zum Teil Flamm- und Brennpunkt beieinanderliegen, so dass eine Unterscheidung von beiden im Feuerwehreinsatz keine wesentliche Rolle spielt.
Merke:
Je niedriger der Flammpunkt ist, umso geringer ist auch die Differenz zwischen Flamm- und Brennpunkt.
Tabelle 1: Beispiele für Flammpunkte und Brennpunkte einiger brennbarer Flüssigkeiten
Flammpunkt [°C]Brennpunkt [°C]
Oberhalb von Flamm- und Brennpunkt liegt der bereits erwähnte Siedepunkt bzw. die Siedetemperatur. Oberhalb der Siedetemperatur folgen bei brennbaren Flüssigkeiten und Gasen, aber auch bei brennbaren festen Stoffen, Zündtemperatur, Mindestverbrennungstemperatur und Brandtemperatur. Die drei letztgenannten Begriffe werden im Kapitel 4 »Voraussetzung Zündenergie« näher erläutert.
Bild 13: Nicht maßstabgetreue Darstellung der relativen Lage der für die Verbrennung wichtigsten Temperaturpunkte. Die Reihenfolge ist bei jedem brennbaren Stoff gleich. (Quelle: Roy Bergdoll)
Übergang fest – gasförmig
In der Regel gehen feste Stoffe beim Erhitzen erst in den flüssigen Zustand über, bevor sie gasförmig werden. Es gibt jedoch Stoffausnahmen, die bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen direkt vom festen in den flüssigen Zustand übergehen. Stoffspezifisch spricht man dann von Sublimationsdruck und Sublimationstemperatur, beziehungsweise zusammengenommen vom Sublimationspunkt. Die chemischen Elemente Arsen, Bor und reiner Kohlenstoff oder der aus Kampferbäumen gewonnene farblose Feststoff Campher sind eventuell bekannte Beispiele für Stoffe, die als fester Stoff gasförmige Teilchen direkt an die Umgebung abgegeben. Auch das Element Iod sublimiert beim Erwärmen bis zu seinem Schmelzpunkt von 113,7 °C und bildet ein violettes Gas aus.
Dass die feste Form des Löschmittels Kohlenstoffdioxid, das -78,5 °C kalte Trockeneis, ein Stoff ist, der sublimiert, ist in Feuerwehrkreisen weitestgehend bekannt. Der Name Trockeneis resultiert unmittelbar aus dem Sublimationsvorgang, da sich beim Erwärmen keine Flüssigphase bildet wie bei Wassereis. Weniger verbreitet ist aber die Kenntnis, dass auch Wasser sublimieren kann, obwohl dieser Vorgang, wohlgemerkt vor allem in Zeiten vor Wäschetrocknern, im Winter häufig zur Anwendung kam. Ist die Luft in der kalten Jahreszeit ausreichend trocken und kalt, so friert nasse Wäsche und aus der Eisphase geht Wasserdampf direkt in die Atmosphäre über. Das Trockenen von feuchter Wäsche bei Frost funktioniert sogar besser als im Inneren von Häusern, in denen die Raumluft schon einen bestimmten Wasserdampfgehalt aufweist.
Der Vorgang der Resublimation ist im Feuerwehrwesen nicht relevant, kann aber im alltäglichen Leben beobachtet werden. Wasserdampf bildet im Winter direkt Eisblumen an den Fenstern oder Raureif. Auch das Vereisen des Gefrierfachs eines Kühlschrankes ist im Grunde ein Resublimationsvorgang – Wasserdampf gefriert an den kalten Wänden sofort zu festem Eis. Abschließend sei der Vollständigkeit halber noch erwähnt, dass der Vorgang der Sublimation nicht mit der sogenannten Dissoziation verwechselt werden sollte. Bei einer Dissoziation handelt es sich, vereinfacht gesagt, um den Zerfall eines Stoffes bei Erwärmung. So zerfällt das feste Ammoniumchlorid bei Erhitzen in die gasförmigen Stoffe Ammoniak und Chlorwasserstoff. Ein weiterer Dissoziationsvorgang, nämlich der Zersetzung von Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff wird im Kapitel 8.1.2 erläutert.
Tabelle 2: Beispiele für Schmelz- und Siedetemperaturen fester Stoffe – wie auch Flüssigkeiten bilden feste Stoffe oberhalb ihrer Siedetemperaturen Dämpfe aus. Im festen Zustand ist der Dampfdruck dieser Stoffe so gering, dass quasi keine Stoffteilchen an die Umgebung abgegeben werden.
Schmelztemperatur [°C]Siedetemperatur [°C]
Schmelztemperatur
