Scheikunde van basisschool tot bovenbouw · Grades 1–12
5Branden: wat een vuur nodig heeft
Een kampvuur in de schemering. Er was droog hout voor nodig en een lucifer om het aan te steken, en de wind die erdoorheen waait, houdt het fel. Na een uur zijn de blokken geslonken tot gloeiende sintels en witte as, en is er grijze rook naar de lucht weggedreven. Waar is het hout gebleven? Wat heeft een vuur nodig, en wat laat het achter?
Wat je al weet
Lucht is een mengsel van gassen: ongeveer vier vijfde stikstof en een vijfde zuurstof, met een beetje argon en koolstofdioxide. Een vlam haalt zuurstof uit de lucht om zich heen; een kaars onder een stolp gaat uit als er te weinig zuurstof over is (Hoofdstuk 4).
5.1 Brandstoffen
Definitie 5.1 (Brandstof)
Een brandstof is een materiaal dat kan branden en daarbij warmte en licht geeft: hout, papier, steenkool, kaarsvet, het gas van een fornuis, benzine, stookolie.
Voorbeeld 5.2 (Vaste, vloeibare en gasvormige brandstoffen)
Hout, papier, steenkool en kaarsvet zijn vaste brandstoffen. Benzine en stookolie zijn vloeibare brandstoffen. Het gas van een gasfornuis en het gas in een aansteker zijn gasvormige brandstoffen.
Opmerking 5.3 (Niet alles brandt)
Steen, zand, glas en water branden niet: het zijn geen brandstoffen. Daarom bouw je een open haard van steen of baksteen, en daarom gebruik je zand en water om een brand te blussen.
5.2 De branddriehoek
Definitie 5.4 (Branddriehoek)
Een vuur heeft drie dingen tegelijk nodig: een brandstof, zuurstof uit de lucht, en warmte om het aan te steken. Die drie dingen tekenen we als de drie zijden van een driehoek, de branddriehoek. Ontbreekt er één zijde, dan is er geen vuur.
Voorbeeld 5.5 (Een lucifer aansteken)
Je strijkt de kop van een lucifer langs de zijkant van het doosje. Door het wrijven wordt hij zo warm dat hij begint te branden: dat is de warmtezijde van de driehoek. Het hout van de lucifer is de brandstof, en de lucht brengt de zuurstof.
Voorbeeld 5.6 (Op sintels blazen)
Gloeiende sintels die bijna uit lijken, laaien weer op als iemand erop blaast: het blazen brengt meer lucht, en dus meer zuurstof, bij de brandstof die nog heet is.
5.3 Bij branden ontstaan nieuwe stoffen
Definitie 5.7 (Branden en verbranding)
Branden is wat er gebeurt als een brandstof zuurstof uit de lucht opneemt en warmte en licht geeft. Scheikundigen noemen dat branden een verbranding. Bij een verbranding worden de brandstof en de zuurstof verbruikt, en ontstaan er nieuwe stoffen: rook, as, koolstofdioxide en waterdamp.
Propositie 5.8 (Een verbranding is niet terug te draaien)
De as en de rook van een vuur worden nooit meer hout, hoe lang we ook wachten. Bij branden ontstaan nieuwe stoffen die er eerst niet waren; de brandstof is voorgoed weg.
In het laboratorium — Een koud glas boven een kaars
De docent houdt een koud, droog bekerglas even ondersteboven boven een kaarsvlam. De binnenkant van het glas beslaat met piepkleine waterdruppeltjes: waterdamp die de brandende kaars maakt, is op het koude glas weer vloeibaar geworden. Een brandende kaars maakt water, en ook koolstofdioxide, dat je kunt aantonen met een test uit een later hoofdstuk.
Voorbeeld 5.9 (Wat een houtblok wordt)
Een houtblok van een paar kilo brandt op tot een hoopje as. Het meeste hout is niet verdwenen: samen met zuurstof uit de lucht is het rook, koolstofdioxide en waterdamp geworden, en dat zijn gassen die naar de lucht wegdrijven.
5.4 Een vuur blussen
Methode 5.10 (Een vuur blussen: haal één zijde weg)
Om een vuur te blussen, haal je één zijde van de branddriehoek weg:
- haal de zuurstof weg: bedek het vuur met een blusdeken, een deksel of zand, zodat er geen lucht bij kan;
- haal de warmte weg: giet water op brandend hout of papier; dat koelt het af tot onder de temperatuur waarbij het kan branden;
- haal de brandstof weg: draai de gaskraan dicht, of haal bij een bosbrand de droge planten rond het vuur weg.
5.5 Brandveiligheid
Opmerking 5.11 (Nooit water op een pan brandende olie)
Als de olie in een koekenpan vlam vat, mag niemand er water op gooien: het water kookt meteen onder de olie en slingert brandende olie uit de pan. Een volwassene draait het gas of de kookplaat uit en dekt de pan af met een deksel of een blusdeken.
Veiligheid
Het gas in een aansteker of een kampeergasbusje is butaan. Het vlammenpictogram (GHS02) betekent: zeer licht ontvlambaar, uit de buurt houden van vlammen en vonken. Het pictogram met de gasfles (GHS04) betekent: een gas dat onder druk staat.
Propositie 5.12 (Wat je doet als er brand is)
Rook is het eerste gevaar van een brand: hij is heet, hij verbergt de uitgang en het is giftig om hem in te ademen. Een rookmelder aan het plafond piept luid zodra er rook bij komt. Als er brand is: ga naar buiten, blijf laag onder de rook, doe de deuren achter je dicht en bel de brandweer van buitenaf. Ga nooit meer naar binnen.
5.6 Oefeningen
Oefening 5.1 ★
Noem de drie zijden van de branddriehoek.
Oefening 5.2 ★
Welke hiervan zijn brandstoffen: hout, zand, kaarsvet, glas, benzine, water, papier?
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.2.
Hout, kaarsvet, benzine en papier zijn brandstoffen. Zand, glas en water branden niet.
Oefening 5.3 ★
Over een klein vuur wordt een blusdeken gegooid. Welke zijde van de branddriehoek haalt die weg?
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.3.
De zuurstof: de deken zorgt dat de lucht het vuur niet bereikt.
Oefening 5.4 ★
Brandweerlieden spuiten water op een brandende schuur. Welke zijde van de branddriehoek haalt het water weg?
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.4.
De warmte: het water koelt het brandende hout zo sterk af dat het niet meer kan branden.
Oefening 5.5 ★
Noem drie nieuwe stoffen die ontstaan als hout brandt.
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.5.
Drie van deze: as, rook, koolstofdioxide, waterdamp.
Oefening 5.6 ★
Waarom laaien gloeiende sintels weer op als je erop blaast?
Oefening 5.7 ★
Een koud glas boven een kaars beslaat. Welke nieuwe stof heeft de kaars gemaakt?
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.7.
Water: het brandende kaarsvet maakt waterdamp, die op het koude glas druppeltjes vormt.
Oefening 5.8 ★
Wat doe je eerst als een rookmelder afgaat en je rook ziet?
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.8.
Naar buiten gaan, laag onder de rook blijven en de deuren achter je dichtdoen, en dan van buitenaf de brandweer bellen.
Oefening 5.9 ★
Kijk naar de figuur met de drie kleine driehoeken. Welke zijde is doorgekruist als het gas dicht is gedraaid?
Oplossing
Oplossing van Oefening 5.9.
De brandstofzijde: met het gas dicht heeft het vuur niets meer om te verbranden.
Oefening 5.10 ★★
Om een bosbrand te stoppen, kappen brandweerlieden soms een brede strook bomen vóór het vuur. Welke zijde van de branddriehoek halen ze weg?
Oefening 5.11 ★★
Een houtblok weegt veel meer dan zijn as. Is een deel van het houtblok verdwenen? Leg uit waar het gebleven is.