Wie funktioniert ein Feuerlöscher?

Ein Feuer ist eine chemische Reaktion, bei der Sauerstoff verbraucht wird und Kohlendioxid entsteht (Oxidation). Damit ein Feuer brennt, muss es genügend Hitze geben, brennbares Material und Sauerstoff. Fehlt eine der drei Komponenten, erlischt das Feuer. Das kann man sich beim Löschen zunutze machen. Du kannst mit den SchülerInnen besprechen, wie sie ein Lagerfeuer anzünden. Warum sind Papier und Anzünder hilfreich? Sie entzünden sich bei niedrigeren Temperaturen als das Holz, erreichen beim Verbrennen aber die Entzündungstemperatur von Holz. Warum werden die Holzscheite zerkleinert? So entsteht eine größere Oberfläche, an der Sauerstoff für die Verbrennungsreaktion zur Verfügung steht. Deshalb brennt dünnes Papier auch so gut.

Wenn das Lagerfeuer gelöscht werden soll, was können die SchülerInnen tun? Was haben die drei oben genannten Komponenten damit zu tun? Sie können z. B. Wasser auf das Feuer gießen, so wird die Hitze reduziert. Oder sie können das Holz auseinanderziehen und so noch unverbranntes Material von brennendem Material trennen. Mit dem Entzug von brennbarem Material wird manchmal versucht, Waldbrände zu löschen. Es wird dann eine Brandschneise um den Brand geschlagen, in der alles brennbare Material entfernt wird. Ein Lagerfeuer kann auch gelöscht werden, indem Erde darauf geschaufelt wird. Bei dieser Methode wird die Sauerstoffzufuhr gestoppt.

Die Wirkung von Feuerlöschern basiert auf zwei von den drei genannten Komponenten: der Reduktion der Hitze oder der Beendigung der Sauerstoffzufuhr. In unserem Experiment wurde dem Feuer die Sauerstoffzufuhr durch das Kohlendioxid entzogen.

Das Kohlendioxid haben wir durch eine chemische Reaktion von Natriumhydrogencarbonat und Essig hergestellt. Die chemische Formel für Natriumhydrogencarbonat (Natron) ist NaHCO3. Du kannst an der Formel erkennen, dass CO2 aus dieser Substanz bei einer chemischen Reaktion entweichen kann. Mit Säuren wie z. B. Essigsäure oder Zitronensäure reagiert Natriumhydrogencarbonat unter heftigem Aufschäumen u.a. zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O). Aufgrund der Gasentwicklung wird Natron auch als Backtriebmittel in Backpulver verwendet.

CO2 ist ein Gas und hat eine größere Dichte als Luft. Das bedeutet, dass ein gleich groβes Volumen reines CO2 etwas schwerer ist als ein gleich groβes Volumen Luft und daher in einem Raum nach unten sinkt. Wenn man das Gas wie in unserem Experiment aus einem Glas in ein Glas mit einer brennenden Kerze gießt, fließt es in den unteren Bereich des Glases mit der Kerze. Hier verdrängt es die sauerstoffhaltige Luft und “erstickt“ somit die Flamme der Kerze. Die Luft, die uns umgibt, ist permanent in turbulenter Bewegung. Dadurch werden die CO2-Teilchen umhergewirbelt und gelangen auch in höhere Schichten. Das Gewicht der CO2-Teilchen reicht nicht aus, um sie dauerhaft am Boden zu halten.

Feuerlöscher sehen meist recht ähnlich aus – sie sind rot mit weißer Schrift und schwarzem Schlauch. Auch ihre grundsätzliche Funktionsweise ist ähnlich – ein Löschmittel entweicht durch ein Treibmittel unter Druck aus dem Metallgehäuse. Es gibt aber verschiedene Arten von Feuerlöschern, die sich in der Füllung unterscheiden und für verschiedene Arten von Feuern, sogenannte Brandklassen, geeignet sind. Bei einem Ölbrand in der Küche sollte man beispielsweise keinesfalls versuchen, diesen mit einem Wasserlöscher zu bekämpfen. Gießt man Wasser auf brennendes Öl, sinkt das schwerere Wasser unter das brennende Öl. In der Hitze siedet und verdampft das Wasser explosionsartig und reißt kleine Öl-Tröpfchen mit sich. Durch die vielen kleinen Öl-Tröpfchen hat sich die Oberfläche des Öls enorm vergrößert. An der vergrößerten Oberfläche findet dann mit dem Sauerstoff der Luft eine heftige Verbrennungsreaktion statt.

Im Handel sind häufig Pulverfeuerlöscher und Schaumfeuerlöscher erhältlich, da sie für viele Brandrisiken im täglichen Leben eingesetzt werden können. Die meisten Pulverfeuerlöscher enthalten ABC-Pulver. Sie können bei den Brandklassen A (z. B. Holz, Stroh, Kohle, Papier), B (z. B. Benzin, Alkohol, Erdöl, Kunststoffe) und C (z. B. Methan, Propan, Wasserstoff) eingesetzt werden. Das Pulver wirkt antikatalytisch, d.h. es unterbricht die Verbrennungsreaktion. ABC-Pulver besteht aus vermahlenem Ammoniumphosphat und Ammoniumsulfat. Wird ABC-Pulver bei Bränden der Brandklasse A eingesetzt, schmilzt das Pulver auf der Oberfläche des Brennguts und erstickt außerdem das Feuer. Auch Natriumhydrogencarbonat wird als BC-Löschpulver für die Brandklassen B und C eingesetzt. In diesem Fall beruht die Löschwirkung ebenfalls auf der Unterbrechung der Verbrennungsreaktion.

Ein Kohlendioxidlöscher ist für die Brandklasse B geeignet. Er hinterlässt nach dem Löschen keine Rückstände und ist daher insbesondere für die Bekämpfung von Bränden im Elektrobereich geeignet. Durch die schnelle Anreicherung der Luft mit CO2 kann die Anwendung für Menschen in geschlossenen Räumen gefährlich werden. Die Austrittstemperatur von CO2 aus dem Löscher liegt bei -70°C. Diese Löscher dürfen daher nicht auf Menschen gerichtet werden.

In einem Kohlendioxidlöscher befindet sich komprimiertes CO2, das über ein Druckventil austritt: das CO2 ist sowohl Löschmittel als auch Treibmittel. Pulver- und Schaumlöscher können entweder Kohlendioxid oder Stickstoff als Treibmittel enthalten. Sogenannte Dauerdruck-Feuerlöscher enthalten als Treibmittel komprimiertes Stickstoff-Gas, das bei der Betätigung des Hebels am Feuerlöscher zusammen mit dem Löschmittel austritt. Sie sind in der Anschaffung kostengünstiger, müssen aber sehr aufwendig gewartet werden. Auflade-Feuerlöscher sind mit separaten CO2-Patronen für die Treibmittelzufuhr ausgestattet, die sich innerhalb oder außerhalb des Metallgehäuses des Feuerlöschers befinden können. Bei Betätigung des Hebels strömt zunächst CO2-Gas in das Metallgehäuse mit dem Löschmittel und tritt dann zusammen mit dem Löschmittel durch das Druckventil aus. Auflade-Feuerlöscher sind kostspieliger in der Anschaffung, aber weniger aufwendig in der Wartung.

Schaumlöscher sind für die Brandklassen A und B zugelassen, manche darüber hinaus auch für die Brandklasse F (Speiseöl und -fett). Sie überziehen das Brandgut mit einem Film aus Schaum und stoppen so die Sauerstoffzufuhr. Brandklasse D (Metalle) werden mit speziellen Pulverlöschern bekämpft. Brandklasse E (Brände in elektrischen Niederspannungsanlagen) wurde 1978 abgeschafft. Diese Brände können bei Einhaltung eines Sicherheitsabstandes mit allen gängigen Feuerlöschern bekämpft werden.

Das folgende Experiment kann als Einstieg ins Thema verwendet werden. Eine Kerze braucht Sauerstoff zum Brennen. Dies kannst Du verdeutlichen, indem du ein umgedrehtes Glas so über ein brennendes Teelicht stülpst, dass die Luftzufuhr für die Kerze unterbrochen ist. Nach kurzer Zeit, sobald der Sauerstoff unter dem Glas aufgebraucht ist, erstickt die Flamme – sie erlischt.

Besichtigung der lokalen Feuerwache in Eurer Gemeinde.

Im SciTeach Center können sich LehrerInnen Info-, Experimentier- und Expositionsmaterial ausleihen und mit dem schülerInnenzentrierten „forschend- entdeckenden“ Lernen vertraut machen.

Während unsere Rubrik darauf abzielt, den SchülerInnen die naturwissenschaftliche Methode anhand einer Anleitung näher zu bringen, geht es beim Konzept vom schülerInnenzentrierten forschend-entdeckenden Lernen darum, den SchülerInnen selbst mehr Gestaltungsmöglichkeiten zu geben. Du gibst als LehrerIn nur ein paar Materialien oder Fragen vor. Die SchülerInnen entscheiden dann selbst, wofür sie sich interessieren oder was sie ausprobieren wollen. Als LehrerIn begleitest und unterstützt Du sie dabei.

Im SciTeach Center soll das Kompetenzlernen im naturwissenschaftlichen Unterricht gefördert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, bietet das SciTeach Center LehrerInnen die Möglichkeit, gemeinsam mit anderen LehrerInnen und dem wissenschaftlichen Personal des SciTeach Centers neue Ideen und Aktivitäten für ihren naturwissenschaftlichen Unterricht zu entwickeln. Durch diese Zusammenarbeit soll auch das Vertrauen in den eigenen Unterricht gestärkt und mögliche Ängste gegenüber freiem Experimentieren abgebaut werden. Betreut werden die Veranstaltungen von wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen der Universität Luxemburg sowie von zwei Lehrerinnen.