Warum brennt eine Kerze?

ACHTUNG! DIESES EXPERIMENT BEINHALTET FEUER UND DARF NUR IN ANWESENHEIT VON ERWACHSENEN DURCHGEFÜHRT WERDEN.

Schritt 1: Verdunkle einen Raum und zünde das Teelicht an. Schau dir die Flamme genau an. Warum hat die Flamme verschieden farbige Zonen? Was meinst Du, welcher Bereich die höchste Temperatur hat? Steht der Docht gerade nach oben oder ist er gebogen? Und warum hat die Flamme diese Tropfenform? Die Antworten bekommst Du in der Erklärung.

Schritt 2: Jetzt brauchst Du wieder Licht. Zünde das Teelicht an, warte bis es gut brennt und ein bisschen Wachs geschmolzen ist. Nimm Streichhölzer oder ein Feuerzeug zur Hand. Nun puste die Flamme aus und halte direkt im Anschluss die Flamme des Streichholzes oder des Feuerzeuges in den aufsteigenden Rauch, ca. 1–2 cm über den Docht.

Die Flamme „springt“ vom Rauch auf den Docht über. Warum passiert das? Weil nicht das flüssige Kerzenwachs brennt, sondern das Gas des Wachses. Im Rauch befindet sich noch genügend gasförmiges Brennmaterial, sodass sich der Docht über das Gas wieder entzündet.

Schritt 3: Nimm ein Glas und halte es über die Flamme. Nimm ein relativ dickwandiges Glas und halte so viel Abstand zur Flamme, dass es durch die Hitze nicht zerspringt. Das Glas färbt sich schwarz, da bei der Verbrennung Ruß gebildet wird. Mit dem Ruß kannst Du Bilder auf das Glas malen, die Du dann einfach mit Wasser wieder abwaschen kannst.

Schritt 4: Ohne Sauerstoff (O2) gibt es keine Flamme. Das kannst Du mit dem nachfolgenden Experiment ganz einfach zeigen. Nimm ein Glas und gib ca. 2 Teelöffel Natron hinein. Nun gib Essig dazu, bis das Gemisch gut anfängt zu schäumen.

Bei der Reaktion von Natron und Essig bildet sich Kohlendioxid (CO2). Nun gieße das sich bildende Gas über Dein Teelicht. Die Flamme erlischt. Da CO2 schwerer ist als Luft, verdrängt es das sauerstoffhaltige Gas um die Flamme und kein O2 steht mehr für die Verbrennung zur Verfügung.

Warum leuchtet die Flamme in verschiedene Farben?

Für die entstehenden Farben spielt die Sauerstoffzufuhr eine große Rolle. Je mehr Sauerstoff zur Verfügung steht, desto heißer ist das Kerzenlicht. Der äußere Rand der Kerze ist somit am heißesten, hier herrschen Temperaturen um 1400°C.

Im Inneren der Flamme, wo das heiße Kerzenwachs im Docht aufsteigt und verdampft, steht weniger Sauerstoff zur Verfügung. Hier beträgt die Temperatur ca. 600°C, erkennbar an der dunklen, bräunlichen Farbe. Umrandet wird diese dunkle Zone von einem Bereich mit bläulicher Färbung. Hier entstehenden Zwischenprodukte der Verbrennung (z. B. molekularer Kohlenstoff C2), die sich in einem angeregten chemischen Zustand befinden und Ihre Energie bei der Rückkehr in den Grundzustand in Form von blauem Licht abgeben. Das nennt man Chemolumineszenz.
Im oberen Bereich der Flamme herrscht eine Temperatur von ca. 1200°C und gelbes Licht wird abgestrahlt. Diese Farbe entsteht durch das Glühen der entstehenden festen Rußpartikel.

Wie funktioniert der Kerzendocht?

Der Docht besteht in der Regel aus einem geflochtenen Baumwollfaden, der das flüssige Wachs aufsaugt und mit Hilfe von Kapillarkräften nach oben transportiert. Am Docht verdampft das Kerzenwachs und verbrennt. Die Kunst ist es, den Docht so zu gestalten, dass die Kerze perfekt abbrennt. 

Wenn der Docht zu dünn ist und nicht genügend flüssiges Kerzenwachs nach oben transportieren kann, fängt die Kerze an zu tropfen. Ist der Docht zu dick gewählt, steht nicht genügend flüssiges Wachs zur Verfügung. Der Docht beginnt zu rußen. Deshalb muss die Dochtdicke an den Durchmesser der Kerze angepasst werden.

Heute sind Kerzendochte asymmetrisch, damit sie sich beim Brennen zur Seite neigen, das konntest Du bei der Beobachtung der Kerzenflamme im Experiment sehen. Dies ermöglicht eine vollständige Verbrennung, da die Spitze des Dochtes so in den heißen Randbereich der Flamme reicht.

Warum hat die Kerzenflamme ein Tropfenform?

Weil die durch die Flamme erwärmte Luft nach oben steigt und von unten kalte Luft nachgesaugt wird. Diese Konvektionsströmung, die auf der Schwerkraft beruht, gibt der Kerzenflamme ihre typische Tropfenform.