Bränder och explosioner

Ifall du skulle tända ett helt vanligt stearinljus i en rymdstation ute i rymden skulle du se att lågan ser helt annorlunda ut jämfört med ett ljus på jorden. I rymden skulle lågan vara klotrund oavsett hur du håller ljuset. Dessutom skulle lågan slockna av sig själv efter en stund. För att vi ska förstå varför måste vi veta mer om eld.

Eld är kemiska reaktioner

Ur kemisk synvinkel är eld kemiska reaktioner där ett brännbart ämne reagerar med syrgas. Vanliga brännbara ämnen som vi kommer i kontakt med är bensin, alkohol, tändvätska, grillkol, ved och stearinljus. Det brännbara ämnet bryts ned och vid reaktionen med syrgas bildas det rökgaser. Rökgaserna består av olika ämnen, så kallade förbränningsprodukter. Om det finns tillräckligt med syrgas får vi en fullständig förbränning. Det betyder att allt brännbart ämne reagerar till koldioxid, vatten och kvävgas. Under förbränningen avges också värme. Det blir varmt när något brinner.

 

Det är ganska ovanligt att det blir fullständiga reaktioner när något brinner. Det beror på vilka olika ämnen som finns i det brännbara materialet eller tillgången på syrgas. Därför består rökgaser ofta av en blandning av en mängd olika ämnen. Ett ämne som kan bildas vid ofullständig förbränning är gasen kolmonoxid. Detta ämne bildas om syretillförseln är dålig. Kolmonoxid är en giftig gas. Kolmonoxiden konkurrerar med syret vi andas in. Om mängden kolmonoxid i lungorna blir farligt hög får vi en kolmonoxidförgiftning som kan vara dödlig. Det är därför livsfarligt att elda en engångsgrill inomhus.

Vanliga brännbara ämnen innehåller ofta atomslagen kol och väte. Ämnen som innehåller kol kan alltså bilda koldioxid och kolmonoxid vid förbränning. Vätet bildar tillsammans med syret i luften vatten vid förbränningen. Om det brännbara materialet består av andra ämnen än kol och väte får vi även andra förbränningsprodukter. Om plasten polyvinylklorid brinner frigörs klor som bildar gasen väteklorid. När väteklorid löses i vatten bildas saltsyra. Detta innebär att rökgaserna blir sura och frätande. Polyvinylklorid finns till exempel i elkablar, vissa textilier och andra plastprodukter.

I gasolgrillar förbränns en gasblandning som brukar kallas gasol. Gasol består av propan och butan. Ett annat användbart gasformigt bränsle är vätgas. Vätgas är en mycket lätt gas som kan framställas genom att vi sönderdelar vatten. Om vi eldar ren vätgas kommer vätet tillsammans med syrgas att bilda vatten som enda förbränningsprodukt. Reaktionen frigör mycket energi och används ibland för att skicka upp rymdraketer.

 

Vid ofullständig förbränning bildas även fasta förkolnade delar av det brännbara materialet. Det är detta som vi ser som rök och sot. När sot värms upp till höga temperaturer ger det ifrån sig ljus. Den gula färgen i en stearinljuslåga kommer av sådana sotpartiklar. Vid en ofullständig förbränning bildas också ämnen som kan ge cancer. Det är en av anledningarna till att rökning kan ge cancer. Ibland bildas det också kemiska ämnen som kallas fenoler. Fenolerna har en tydlig röklukt. Rökt mat får sin lukt av sådana fenoler.

 

För att tända en eld krävs bränsle, värme och syrgas

För att tända en eld krävs bränsle, tillgång till syrgas och energi av något slag. När elden sedan startat räcker den värmeenergi som elden själv frigör för att hålla igång reaktionen. Hur mycket värme som frigörs beror på sammansättningen hos bränslet. Elden kan brinna så länge det finns bränsle och syrgas.

 

För att elden ska starta behöver vi hjälpa till lite. Det kan vi göra genom att stryka en tändsticka mot plånet på en tändsticksask. I toppen på tändstickan finns en tändsats. Tändsatsen består av ämnet kaliumklorat. När tändstickan stryks mot plånet gör friktionen att det blir tillräckligt varmt för en reaktion mellan kaliumkloratet och fosfor i plånet.

Vi kan också försöka skapa en gnista på något annat sätt så att det brännbara ämnet fattar eld. Gaständare utnyttjar så kallad piezoelektricitet. När vi trycker på tändaren pressas en kristall av kvarts ihop. Då bildas en elektrisk gnista som antänder gasen.

Lågans utseende

När elden brinner rör sig de varma rökgaserna uppåt. Varma gaser har lägre densitet än kalla gaser. Det gör att lågorna strävar uppåt. I rymdstationen finns ju inget upp eller ner och de varma gaserna sprids lika mycket åt alla håll. Det innebär att en ljuslåga i tyngdlöst tillstånd blir klotrund. Ett annat fenomen som blir annorlunda i tyngdlöst tillstånd är tillförseln av syre. Vi är vana vid att de varma gaserna strävar uppåt. Då lämnar de ett tomrum som fylls med luft från omgivningen. På så sätt tillförs hela tiden ny syrgas. I tyngdlöst tillstånd sker inte detta och om inget nytt syre tillförs slocknar så småningom lågan.

 

Lågornas färger beror på temperatur och på vad som brinner. Om vi tittar på lågorna i en vanlig brasa eller lågan i ett stearinljus kan vi se att färgen varierar beroende på läget i lågan. Det är olika varmt på olika ställen i lågan. Färgen på lågan påverkas även av vad som brinner. Om vi blandar det brännbara ämnet med olika salter kommer lågans färg att ändras. På så sätt kan vi skapa lågor med olika färger. Kopparföreningar ger en grön låga. Natriumföreningar ger klart gul låga. Strontiumföreningar ger en röd låga. Detta fenomen utnyttjas i fyrverkerier för att få olika färger.

Explosioner är mycket snabb förbränning

Beroende på var förbränningen sker och vad som förbränns går reaktionen olika fort. Förbränningen i våra kroppar går ganska långsamt medan andra förbränningsreaktioner kan gå med hög hastighet.

Vid snabba förbränningsreaktioner räcker inte luftens syre. Istället används kemiska ämnen som innehåller atomslaget syre. Det utnyttjas till exempel i sprängämnen och krut. Krut förbränns i hastigheter som närmar sig ljudhastigheten och syret som krävs kommer vanligen direkt från krutblandningen. Reaktionen frigör värme och ökar volymen. Denna process kan användas för att skjuta iväg kulor eller raketer.

 

Sprängämnen är kemiska ämnen som har ännu högre reaktionshastighet när de förbränns. De reagerar med en hastighet som är snabbare än ljudhastigheten. Denna process ger upphov till en knall. Det kallas för en detonation. När reaktionen går så snabbt att det skapas en tryckvåg brukar vi säga att det sker en explosion. De flesta explosiva ämnen innehåller mycket av atomslaget syre.

 

När vätgas och syrgas blandas i lämpliga förhållanden får vi en blandning som kallas knallgas. Knallgas kan ge en explosion om vi tillför en gnista.

 

Även reaktioner som närmar sig, men inte riktigt passerar ljudets hastighet kan höras lång väg. De kan generera ett vinande ljud som vi känner igen från raketer. Detta fenomen brukar kallas deflagration.

Explosiva ämnen måste hanteras mycket försiktigt. Ett exempel är sprängämnet nitroglycerin som är mycket effektivt men samtidigt mycket känsligt för stötar. Det gör att det rena ämnet är svårt att använda och hantera. Genom att blanda ämnet till en seg massa kan vi behålla sprängkraften, men bli av med känsligheten för stötar. Denna blandning kallas dynamit. En av Alfred Nobels uppfinningar var just dynamiten.

För att släcka en eld behöver vi ta bort bränsle, värme eller syrgas

 

För att en eld ska fortsätta att brinna krävs bränsle, syrgas och värme. Det illustreras ofta med brandtriangeln. Alla tre komponenterna måste finnas närvarande för att elden ska fortsätta. Om vi vill släcka en eld behöver vi alltså ta bort någon av dessa tre komponenter.

 

Mindre eldar kan ofta kvävas. Då stoppar vi tillförseln av syrgas. Ett bra hjälpmedel för att kväva mindre bränder är en brandfilt. Elden kan även kylas ner genom att vi spolar vatten på den. Då tar vi bort den värme som krävs för att elden ska fortsätta. Samtidigt kan vattnet börja koka och övergå till ånga. Då kan vattenångan tränga undan syret.

 

Moderna brandsläckare bygger också på att vi tar bort en eller flera av de komponenter som krävs för att en eld ska fortsätta brinna. De vanligaste typerna av brandsläckare är skumsläckare, kolsyresläckare och pulversläckare. Skumsläckare innehåller vatten och en skumbildare som bildar ett skum som kyler och täcker brinnande ytor. Kolsyresläckare innehåller koldioxid som sänker temperaturen och driver bort syrgasen så att elden slocknar. Koldioxiden tar syrets plats samtidigt som den kyler. Eftersom det verksamma ämnet i denna typ av brandsläckare är gasen koldioxid lämnar den inga spår efter sig. Den vanligaste brandsläckaren i hemmet är pulversläckaren. Den trycker ut ett moln av pulver som täcker det brännbara materialet. Pulversläckaren är den effektivaste typen av brandsläckare och den fungerar på nästan all sorters bränder. Därför är den vanlig i hemmen. Den sprider ut ett pulvermoln som måste saneras efter släckningen. Det viktiga är dock att släcka branden.

 

 

Quiz - Bränder och explosioner

Vilka ämnen bildas vid en fullständig förbränning?

Denna brandsläckare innehåller koldioxid som kyler elden och driver bort syrgasen så att elden slocknar. Lämnar inga spår efter sig.

Vilken är den kemiska beteckningen för koldioxid?

Vilken är den kemiska beteckningen för kvävgas?

Vilka delar ingår i brandtriangeln?

Vid vilken reaktion bildas sot och rök?

Vilken släckare kyler och täcker brinnande ytor med ett skum?

Bra hjälpmedel för att släcka mindre bränder. Kväver elden genom att tränga bort syret.

Detta är den effektivaste typen av släckare och fungerar på nästan alla typer av bränder. Krävs sanering efter användning.

Vilken är den kemiska beteckningen för kolmonoxid?

Uppgifter - Bränder och explosioner

Förklara och beskriv
  1. Vad är eld ur en kemisk synvinkel?

  2. Förklara vad som menas med ett brännbart ämne.

  3. Beskriv vad en rökgas är.

  4. Hur bildas rökgaser?

  5. Förklara vad en fullständig förbränning innebär.

  6. Vilka ämnen bildas vid en förbränning?

  7. Varför är det ovanligt med fullständiga förbränningar när något brinner?

  8. Vad innebär en ofullständig förbränning?

  9. Varför bildas ofta kolmonoxid vid förbränning?

  10. Förklara varför det är livsfarligt att elda en engångsgrill inomhus.

  11. Förklara hur det kommer sig att kolmonoxid är giftigt för oss.

  12. Vilka atomslag innehåller ofta de ämnen som är brännbara?

  13. Vad bildas vid förbränning av plasten polyvinylklorid?

  14. Vad är saltsyra?

  15. Förklara hur vätgas tillverkas.

  16. Varför sotar och ryker det när vi eldar?

  17. Varför är stearinljusets låga gul?

  18. Vad är fenoler?

  19. Vad krävs för att en eld ska kunna tändas?

  20. Förklara hur en tändsticka fungerar.

  21. Vad innebär friktion?

  22. Hur fungerar en gaständare?

  23. Varför rör sig varm rök uppåt?

  24. Förklara varför eldslågor kan ha olika färg.

  25. Förklara hur de olika färgerna i ett fyrverkeri uppstår.

  26. Förklara hur krut fungerar.

  27. Förklara vad en explosion är.

  28. Vad är dynamit?

  29. Vad innebär brandtriangeln?

  30. Hur släcker en skumsläckare eld?

  31. Hur släcker en pulversläckare eld?

  32. Hur släcker en brandfilt eld?

Argumentera och resonera
  1. Varför är det bara brännbara ämnen som innehåller atomslaget kol som kan bilda koldioxid eller kolmonoxid vid förbränning?

  2. Vid förbränning bildas kolmonoxid eller koldioxid. Båda dessa ämnen innehåller atomslaget syre. Varifrån kommer syret?

  3. Visa att följande påstående är korrekt: “Om vi eldar ren vätgas kommer vätet tillsammans med syrgas att bilda vatten som enda förbränningsprodukt.”

  4. Hur släcker du på bästa sätt en eld i dessa olika situationer?
    a) Oljan i stekpannan börjar brinna.
    b) En persons kläder tar eld.
    c) TV:n börjar brinna.
    d) Gräset bredvid lägerelden börjar brinna.
    e) Ljusstaken stod för nära gardinen så den började brinna.
    f) Laddaren till mobiltelefonen börjar brinna.

  5. Vilka naturvetenskapliga argument finns det för och/eller emot följande påståenden?
    a) Det vore bra om alla bilar var vätgasdrivna.
    b) Dynamiten har gjort mer skada än nytta för mänskligheten.
    c) Det borde vara lag på att alla ska ha brandvarnare och brandsläckare hemma.

  6. Vilken brandskyddsutrustning borde finnas i alla hem?

  7. Vad skulle du göra om det började brinna i köket hemma hos dig?

Ta reda på
  1. Vid förbränning avges energi i form av värme. Energi kan inte skapas, så varifrån kommer energin?

  2. Under 1980-talet förstördes stora områden av skog i Europa. Forskare misstänkte att det var på grund av så kallat “surt regn”. Vad innebär begreppet “surt regn”? Finns det “surt regn” även nuförtiden?

  3. Vad är det för skillnad på ämnena koldioxid, kolmonoxid och koloxid?

  4. Propan och butan är så kallade alkaner. Ta reda på vilka andra alkaner som finns och hur olika alkanerna fått sina namn.

  5. Andelen butan och propan skiljer sig åt i olika sorters gasolflaskor. I södra Europa är det vanligare med en större andel butan, medan det i norra europa brukar vara en högre andel propan i flaskorna. Ta reda på hur det kommer sig.

  6. Gasol är en luktri gas. Trots det luktar det illa om gasol läcker ut i rummet. Ta reda på varför gasol luktar fis.

  7. Vätgas innehåller mycket energi. Så varför tankar vi inte våra bilar med vätgas? Ta reda på vilka fördelar och nackdelar det finns med vätgasdrivna bilar.

  8. Alfred Nobel är en av Sveriges mest kända personer. Dynamiten var bara en av Nobels alla uppfinningar. Ta reda på mer om Alfred Nobel, hans uppfinningar och hans liv. 

  9. Vilken brandskyddsutrustning har du hemma?