Diese Umfrage war vom 29. Februar 2008 bis 30. Juni 2008 aufgeschaltet.
In unserem Experiment wird ein durchsichtiges, beidseitig offenes Rohr mit einem explosiven Toluol-Luft-Gemisch gefüllt. Das Gasgemisch wird dann auf der rechten Seite des Rohrs gezündet.
Im nachfolgenden Zeitraffervideo (1:8) sehen Sie wie sich die Flammfront vom Zündpunkt zur linken Rohröffnung bewegt. Die Geschwindigkeit der Flammfront nimmt innerhalb des Rohrs stetig zu.
Unsere Frage und die möglichen Antworten waren:
Unsere Frage: Welche der folgenden Antworten erklärt am Besten das Ansteigen der Geschwindigkeit der Flammfront?
a) weiss nicht
b) Höhere Toluolkonzentration an den Rohrenden
c) Reaktionsgeschwindigkeit steigt
d) Rohrinnendruck fällt ab
Keine Antwort wussten 31%. Die Aufschlüsselung der Antworten, die entweder b), c) oder d) wählten ergibt folgende Aufteilung in Prozenten:
Auswertung
Die korrekte Anwort ist "c) Reaktionsgeschwindigkeit steigt".
Erklärung: Die Geschwindigkeit der Flammenfront kann aus dem Video ermittelt werden. In der folgenden Grafik sehen Sie die Datenpunke der Messung:
Die Geschwindigkeit, mit der sich die Flammenfront im beidseitig offenen Rohr vorwärts bewegt, kann mit dem Modell einer Kettenreaktion von Radikalen gut beschrieben werden (siehe in der Grafik oben den erhaltenen Verlauf gemäss einer Simulation als Kettenreaktion).
Und zwar besteht ein Verbrennungsvorgang aus mehreren chemischen Radikalkettenreaktionen. Ein Radikal ist ein Teilchen mit einem freien, ungepaarten Elektron. Aus Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff können Radikale wie H•, OH•, CH3• und andere Kettenbruchstücke• entstehen, die immer wieder neue Radikale erzeugen können. Die Radikale in der Flamme werden ständig verbraucht. Da sie aber beim Verbrennungsprozess permanent neu gebildet werden, bleibt ihre Konzentration erhalten. Aus diesem Grunde können auch Löschmittel wie Pulver oder Halone verwendet werden, die als Radikalfänger dienen und so eine Verbrennung stoppen können.
Wenn ein Radikal in einem Reaktionsschritt auch mehrere neue Radikale bildet, von denen jedes eine Reihe neuer Kettenreaktionen starten kann so steigt die Reaktionsgeschwindigkeit schnell an.
Gemäss unserem Modell werden pro Reaktionsschritt im Durchschnitt 1.3 neue Radikale gebildet. Die mathematische Funktion entspricht einer Exponentialfunktion. Die zunehmende Geschwindigkeit der Flammenfront entspricht der zunehmenden Reaktionsgeschwindigkeit der Kettenreaktion.
