Hoe werkt vuur
Typisch gezien ontstaat vuur door een chemische reactie tussen zuurstof in de atmosfeer en een soort brandstof (hout of benzine, bijvoorbeeld). Hout en benzine vatten natuurlijk niet spontaan vlam alleen omdat ze omgeven zijn door zuurstof. Om de verbrandingsreactie te laten plaatsvinden, moet je de brandstof verhitten tot de ontbrandingstemperatuur.
Hier volgt de opeenvolging van gebeurtenissen in een typische houtbrand:
Ontsteking
Ergens wordt het hout tot een zeer hoge temperatuur verhit. De warmte kan van veel verschillende dingen komen — een lucifer, gericht licht, wrijving, bliksem, iets anders dat al brandt…
Wanneer het hout zo’n 150 graden Fahrenheit bereikt, wordt een deel van de cellulose waaruit het hout is opgebouwd, door de hitte afgebroken.
Een deel van het afgebroken materiaal komt vrij als vluchtige gassen. We kennen deze gassen als rook. Rook is een verbinding van waterstof, koolstof en zuurstof. De rest van het materiaal vormt houtskool, wat bijna zuivere koolstof is, en as, wat alle onverbrandbare mineralen in het hout zijn (calcium, kalium, enzovoort). De houtskool is wat je koopt als je houtskool koopt. Houtskool is hout dat is verhit om bijna alle vluchtige gassen te verwijderen en de koolstof achter te laten. Daarom brandt een houtskoolvuur zonder rook.
Het eigenlijke verbranden van hout gebeurt dan in twee afzonderlijke reacties:
“
“- Wanneer de vluchtige gassen heet genoeg zijn (ongeveer 500 graden F (260 graden C) voor hout), vallen de samengestelde moleculen uit elkaar en worden de atomen opnieuw gecombineerd met de zuurstof om water, kooldioxide en andere producten te vormen. Met andere woorden, ze verbranden.
- De koolstof in de houtskool verbindt zich ook met zuurstof, en dit is een veel langzamere reactie. Daarom kan houtskool in een BBQ lang heet blijven.
Een neveneffect van deze chemische reacties is veel warmte. Het feit dat de chemische reacties in een vuur veel nieuwe warmte genereren, is wat het vuur in stand houdt. Veel brandstoffen branden in één stap. Benzine is een goed voorbeeld. Door de hitte verdampt de benzine en het brandt allemaal als een vluchtig gas. Er is geen houtskool. De mens heeft ook geleerd hoe hij de brandstof kan doseren en een vuur onder controle kan houden. Een kaars is een instrument om was langzaam te laten verdampen en te verbranden.
Tijdens het verhitten zenden de opstijgende koolstofatomen (maar ook atomen van andere materialen) licht uit. Dit “warmte produceert licht”-effect wordt gloeien genoemd, en het is hetzelfde soort effect dat licht geeft in een gloeilamp. Het is wat de zichtbare vlam veroorzaakt. De kleur van de vlam varieert afhankelijk van wat je brandt en hoe heet het is. Kleurvariatie binnen in een vlam wordt veroorzaakt door ongelijke temperatuur. Typisch is dat het heetste deel van een vlam – de basis – blauw gloeit, en de koelere delen bovenaan oranje of geel.
Naast het uitstralen van licht, kunnen de opstijgende koolstofdeeltjes zich op omringende oppervlakken verzamelen als roet.
“Het gevaarlijke aan de chemische reacties in vuur is het feit dat ze zichzelf in stand houden. De hitte van de vlam zelf houdt de brandstof op de ontbrandingstemperatuur, zodat deze blijft branden zolang er brandstof en zuurstof in de buurt is. De vlam verhit de omringende brandstof, zodat er ook gassen vrijkomen. Als de vlam de gassen ontsteekt, breidt het vuur zich uit.
Op aarde bepaalt de zwaartekracht hoe de vlam brandt. Alle hete gassen in de vlam zijn veel heter (en minder dicht) dan de omringende lucht, dus bewegen ze zich naar boven naar een lagere druk. Daarom verspreidt vuur zich meestal naar boven, en daarom zijn vlammen ook altijd “puntig” aan de bovenkant. Als je een vuur zou aansteken in een microzwaartekracht omgeving, bijvoorbeeld aan boord van de space shuttle, dan zou het een bol vormen!