Advent, Advent, ein Lichtlein brennt. Erst eins, dann zwei… Zur Weihnachtszeit zünden wir wohl mehr Kerzen an, als im ganzen restlichen Jahr und erfreuen uns an ihrem wärmenden Licht. Aber welche chemischen Reaktionen laufen eigentlich ab, wenn ein Kerze brennt und wie entsteht das Licht?

Früher wurden sie oft aus Bienenwachs hergestellt. Der angenehme Duft und die schöne Flamme waren allerdings den Kirchen und Adligen vorbehalten. Einfache Leute besaßen welche aus tierischem Fett, die beim Abbrennen sehr unangenehm rochen. Heute wird das Kerzenwachs hauptsächlich aus Paraffin hergestellt. Das sind langkettige Kohlenwasserstoffe, die aus Erdöl gewonnen werden. Die chemisch Formel dafür lautet CnH2n+2. Abhängig von der genauen Zusammensetzung und der Kettenlänge der Kohlenwasserstoffe schmilzt das Wachs etwa bei 60°C. Der Docht in der Mitte der Kerze hat die Aufgabe, genügend flüssiges Wachs zur Flamme zu transportieren, sodass sie gleichmäßig brennen kann. Ist der Docht zu kurz, sammelt sich überschüssiges Wachs und erstickt die Flamme. Andersrum rußt sie, wenn der Docht zu lang ist, da das Wachs in diesem Fall nicht komplett verbrennen kann.

Die Verbrennungswärme schmilzt immer neues Wachs, das dann vom Docht durch Kapillarkräfte aufgesaugt wird. Am oberen Ende des Dochts liegt die Temperatur etwa bei 600°C, sodass das Wachs gasförmig wird und in der Flamme zu Wasser und Kohlenstoffdioxid verbrennt. Die aufsteigenden Gase sorgen dafür, dass von unten Umgebungsluft nachströmt.

 

Was passiert, wenn man eine Kerze auf einer Raumstation anzündet?

Die längliche Flammenform entsteht durch das naturgemäße Aufsteigen der warmen Luft und dem Nachströmen der Umgebungsluft von unten. So wird auch Sauerstoff, der für den Verbrennungsprozess essentiell ist, kontinuierlich nachgeliefert. Würde man eine Kerze auf einer Raumstation anzünden, wäre die Flamme kugelförmig, da es keinen Auftrieb gibt. Im Weltall gibt es kein oben und unten, daher kann auch nichts aufsteigen 😉 Die Kerze würde allerdings nur sehr schwach brennen, da der nötige Sauerstoff nur durch Diffusion an die Flamme gelangen kann.

Eine Kerzenflamme lässt sich in verschiedene Bereiche unterteilen, die man selbst leicht erkennen kann. In der Zone direkt um den Docht befinden sich die gasförmigen Wachsmoleküle, die bei 600°C thermisch in kürzere Ketten gespalten werden. Die Temperatur nimmt dann nach oben hin zu. In der hellgelb leuchtenden Zone, im Herzen der Flamme, herrschen bis zu 1400°C! Dort treffen die Abbauprodukte des Wachses auf den Sauerstoff und reagieren miteinander. Diese Oxidations-Reaktion liefert sehr viel Energie.

 

Woher kommt eigentlich das Leuchten?

Bei der Verbrennung bilden sich zunächst kleine Rußpartikel aus Kohlenstoff. Diese sind so heiß, dass sie glühen und eine gelblich, orangene Farbe erzeugen. Ist die Flamme auch im oberen Teil heiß genug, verbrennen sie vollständig. Kommt es allerdings zu einer Abkühlung, zum Beispiel durch einen Luftstoß, so rußt die Kerze. In der Zone der Flammenoberfläche befindet sich also genügend Sauerstoff für die vollständige Verbrennung. Die blaue Farbe dieser Zone, die vor allem am unteren Teil der Flamme zu sehen ist, stammt von elektronisch angeregten Molekülen in den Verbrennungsgasen. Die überschüssige Energie der Moleküle wird in von Form von Licht abgeben, ein Vorgang der auch als Chemilumineszenz bezeichnet wird.

Ein erstaunlich komplexer Prozess, der eine wunderbare Atmosphäre schafft und uns die Faszination von Wärme von Feuer im Kleinen ermöglicht. Zum Glück feiern wir Weihnachten noch nicht auf einer Raumstation im Weltraum 😉

In diesem Sinne – fröhliche Weihnachten!

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