Eldprovet

Tillhör kategori: förbränning, vardagens kemi

Författare: Magnus Hansson

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Eldprovet

Brandfarligt 

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 40 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

En viktig kunskap att ha med sig, i många situationer är att kunna göra upp eld och få den att fortsätta brinna. Hur gör man? Vad ska man tänka på? Vilka hjälpmedel finns att tillgå?

Riktlinjer

Grupparbete är att rekommendera, men max fyra deltagare i gruppen.

Experimentet kan delas upp i två olika delmoment, den grupp som först får sin ved att brinna och de som får det att brinna längst.

Säkerhet

Olika saker att tänka på beroende på vilken årstid och vilket väder som råder.

Inget avfall är farligt och det går bra att kasta, bara man ser till att det är ordentligt släckt.

Materiel

Förarbete

Gör i ordning likvärdig ved att elda med, se ut en lämplig plats utomhus. Tänk på åt vilket håll det blåser och var inte för nära byggnader med brandvarnare. Kläder efter väder, är också att värt att tänka på.

Utförande

  1. Dela ut grundutrustningen till gruppen.
  2. Var och en får 10 minuter på sig att hitta en lämplig eldplats och att göra i ordning för att tända elden.
  3. Starta klockan när 10 min har gått.
  4. Var beredd för "försäljning" av extra utrustning.
  5. Avsluta med en diskussion om resultat och vad som gick bra och mindre bra. Tänk på brandtriangeln i genomgången av orsak och verkan.

Förklaring

Det behövs tre saker för att en brand ska uppstå: syre, brännbart ämne och värme. Försvinner någon så slocknar elden, tillför man mer så brinner den bättre.

Förutom detta måste man finfördela bränslet. Det har flera fördelar:

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Elden - vän och fiende

Kunskapen att kunna göra upp eld och hålla den vid liv har följt människan i långliga tider. Den har sett till att vi har kunnat hålla oss varma (bebo fler platser på jorden) och tillgodogöra oss födoämnen på bättre och lättare sätt och skyddat oss från mörkrets faror.

Den har också varit en farlig vän och ödelagt en och annan civilisation. Får den tag i för mycket kan den ta allt med en gång och får den för lite dör den. Det är en vän som inte får lämnas utan tillsyn, det har allt för många upptäckt, för sent.

Att göra upp en eld utan allt för mycket hjälpmedel känns som en kunskap på väg att förloras till ett fåtal som fortfarande lever lite grann av de tidiga människornas liv, som samlare-jägare. Att göra upp en eld ute i naturen kräver att man är försiktig och att man vet vad man får och inte när det gäller t ex Allemansrätten. Det gäller inte bara att göra upp elden, utan att den ska vara släckt eller under kontroll när man lämnar den.

Eld är en kemisk reaktion

Eld är de kemiska reaktioner som sker då träets kol, väte och syre förenas med luftens syre vid hög temperatur. Trä består av stora molekyler. Proportionerna mellan de grundämnen som ingår är ungefär så att per 1 kolatom finns 1,5 väteatomer och 0,8 syreatomer. Proportionen är ungefär lika för alla träslag.

Det första steget i en eld kallas pyrolys och det som händer är att vedmolekylerna sönderdelas och bildar olika gaser, t ex väte, koldioxid, metan och olika alkoholer. I detta steg har inte gaserna hunnit reagera med luften ännu. Pyrolysen tar mer energi än den ger och därför behövs energi, t ex en tändsticka, för att elden ska komma igång. Gaserna som bildas blandas då med luften och nästa fas, själva förbränningen sätter igång. Värmen som utvecklas vid förbränningen gör att träet förgasas och eldens flammor är brinnande gaser. De här gaserna är uppblandade med oförbrända partiklar (röken) och syns och känns tydligt innan de tar eld, dvs. när värmen är tillräcklig hög för att förånga veden men inte för att tända gaserna.

Över hälften av värmen i en eld kommer ifrån luftsyrets reaktion med kolatomerna i träet och vätet står för i stort sett resten. Om man har lika stor massa väte som kol så avger vätet mer värme än kol, men i en träbit väger kolet mycket mer. När träet brinner reagerar kolet med luftens syre och bildar koldioxid. Vätet reagerar också med syret, men bildar vatten. Det frigörs mycket energi när det bildas koldioxid och vatten, elden blir het.

När pyrolysgaserna förbränns så förbrukas 85% av träets ursprungliga vikt och de resterande 15% består till största del av kolbitar. De andra resterande ämnen som blir kvar och inte deltar i förbränningen av träet är t ex oxider av, kalium, kalcium, magnesium, järn och kisel. De bildar askan.

Brandtriangeln i praktisk brandsläckning

Eldtriangeln visar vilka tre delar som behövs för att något ska brinna.
Bild: © Svante Åberg

Det finns tre olika sätt att släcka en eld utifrån brandtriangeln och det är att ta bort någon av sidorna i den.

Brännbart ämne: Man tar helt enkelt bort bränslet (brandgator) eller låta det brinna upp, om inte risken för vidare spridning är för stor. T ex att kratta bort torrt materiel runt omkring en lövhög som ska brännas, starta en moteld när man bränner gräs eller helt enkelt blåsa bort de brännbara gaserna när ett ljus ska släckas. Metoden kallas också för Lämpning.

Olika ämnen är olika brandfarliga. Ju flyktigare en brännbara vätska är, desto lättare kan den ta eld. Motsvarande gäller för fasta ämnen. Ju lättare de sönderdelas av hög temperatur och bildar gaser, desto lättare kan de brinna. Vissa ämnen innehåller syre som avges när temperaturen ökar, vilket är extra brandfarligt. Nitrater och klorater är exempel på sådana ämnen.

En särskild risk är när de brännbara ämnena är innestängda i slutna kärl. Den ökande temperaturen vid bra medför att trycket i kärlet stiger. När kärlet slutligen brister sker en explosion som i sig är mycket farlig, men samtidigt sprids också bränslet snabbt och blandad med den om givande luften så att det kan bildas gigantiska eldklot.

Syre (oxidationsmedel): Utan syre kvävs elden, det kan ske med hjälp av t ex en brandfilt, skumsläckare, kolsyresläckare, halonsläckare eller helt enkelt genom att lägga locket på (kastrullen).

Särskilt stor risk finns när det blåser kraftigt och det är torrt i naturen. Blåsten ger effektiv syretillförsel, vilket leder till att elden brinner intensivare. Det blir hetare och svårare att släcka. Blåste kan också göra att branden hoppar från trädtopp till trädtopp och då sprider sig väldigt snabbt. En stor brand i sig bidrar till att syretillförseln ökar, en så kallad "brandstorm". De heta gaserna stiger snabbt uppåt och då sugs luft in från sidorna mot brandhärden.

Värme: Det vanligaste är att spruta vatten på elden som då tappar så mycket energi i sitt försök att förånga vattnet så att den slocknar. Kolsyresläckare kyler också till vis del.

Värmen inverkar på ett komplicerat sätt i brandförloppet. Värmen behövs för att elden ska starta, men när den väl startat producerar elden sin egen värme. Det blir en självförstärkande effekt. Temperaturen kan då stiga mycket kraftigt, vilket leder till att mer bränsle frigörs när t.ex. träet bryts ned och förgasas.

Ett typiskt brandförlopp i en lägenhetsbrand är att elden startar stilla och beskedligt, t.ex av en fimp i en soffa. Elden tar sig sakta, men ökar allt snabbare. Det börjar bildas stora mängder rökpartiklar som stiger mot taket. Rökpartiklarna är finfördelat, oförbränt bränsle. Temperaturen blir till slut så hög i rummet att röken självantänds, vilket leder till ytterligare mycket snabb temperaturutveckling och brandspridning. Effekten blir explosiv. Fönster och dörrar slås ut vilket leder till att ny frisk luft kommer in och ökar på branden ytterligare. Elden är som sagt "en god tjänare men en fruktansvärd herre"!

Finfördelning av bränslet

Det är praktiskt taget omöjligt att antända ett massivt vedträ med en tändsticka. Den som har erfarenhet av vedeldning ved att man behöver spänta stickorna i små pinnar för att elden ska ta sig lätt. Som nämndes tidigare har det flera fördelar.

Stor kontaktyta mellan bränsle och oxidationsmedel

Kemiska reaktioner kräver att de reagerande ämnena kommer i kontakt med varandra. Genom att dela upp bränslet i små bitar ökar kontaktytan. Tänk på att varje snitt i veden ger en nya yta som syret kommer åt. Mer material kan då brinna samtidigt. Samma sak gäller andra reaktioner. Till exempel löser sig sockret snabbare i kaffet om det är finfördelat och om du rör om. Ett annat exempel är knallgas, en homogen blandning av syrgas och vätgas, som reagerar explosivt när den antänds. Om man däremot antänder utströmmande vätgas från en ledning så brinner den med en lugn låga. Det beror på att reaktioner bara sker i blandningszonen mellan luften och vätgasen, dvs nära lågans yta.

Lättare att värma upp

Om den bit bränsle som ska antändas är liten räcker lågan från en tändsticka att upphetta biten. Då kan man komma upp till antändningstemperaturen. Men en stor klump bränsle värms långsamt. En anledning till att använda veke i ett stearinljus eller oljelampa är just att bränslet sugs upp i den tunna veken, som är lätt att upphetta. Utan veke är lampolja svår att antända, men med veke är det hur lätt som helst.

Stänga in värmen som utvecklas

När man bygger en eldstad som omger elden så hjälper den till att stänga in värmen. Det tar förstås tid att hetta upp stenarna så mycket att de återsänder värmen, men när de blivit heta fungerar de i praktiken som speglar som får värmen att studsa tillbaka in i brasan. Samma princip gäller när man lägger upp en lucker hög av tunna pinnar, papper, näver eller liknande. Den eld som brinner inuti bränslehögen upphettar bränslet som är närmast så att det återutsänder värmestrålning in i lågan. Det gör att temperaturen stiger snabbt och elden tar sig.

Utdrag ur allemansrätten angående eldning

(Hämtat från www.naturvardsverket.se/allemansratten/)

Vi får vistas i skog och mark och till och med elda, om vi bara respekterar Allemansrätten.
Foto: © Svante Åberg

Tillåtet med stor försiktighet

På 1950-talet diskuterades förbud mot att göra upp eld i det fria, och till och med om rökförbud i vissa områden. Om man är försiktig är det emellertid tillåtet att göra upp en lägereld i naturen. Det är viktigt att välja en plats där det inte är risk för att elden sprider sig eller skadar mark eller vegetation. Grus eller sandig mark är lämpligt underlag. Mossa, torvmark eller jordig skogsmark är mindre bra. Där finns inte bara risk för att elden lätt kan sprida sig. Den kan också ligga och pyra nere i marken för att senare flamma upp.

Pinnar som bränsle

Nedfallna kottar, pinnar och grenar på marken får man ta som bränsle till elden. Det är inte tillåtet att hugga ner träd eller buskar, eller att ta ris, grenar eller näver från levande träd.

Ofta eldningsförbud

Vid torrt väder eller om det av andra skäl är stor brandrisk kan länsstyrelsen eller kommunens räddningstjänst (Brandkåren) utfärda eldningsförbud. Då är all öppen eld förbjuden. Förbudet gäller även eldning i iordninggjorda eldstäder. Kolgrillar eller små fältkök med öppen låga får användas även under eldningsförbud, om man är försiktig.

Information om brandrisk

Brandrisken anges i en femgradig skala:

  1. Mycket liten brandrisk
  2. Liten brandrisk
  3. Normal brandrisk
  4. Stor brandrisk
  5. Mycket stor brandrisk

Vid värdena 4 och 5 råder vanligtvis eldningsförbud. Information om brandrisk och eldningsförbud brukar ges bland annat i samband med lokalradions nyhetssändningar och trafikrapporter. Många kommuner har telefonsvarare med information om brandrisk. Se under Brandförsvar eller Räddningstjänst i telefonkatalogens gröna sidor. Du kan i allmänhet också få besked på campingplatser och turistbyråer.

Begränsningar i naturreservat och nationalparker

Utöver eldningsförbud som utfärdas av Räddningstjänsten gäller nästan undantagslöst särskilda regler för eldning i nationalparker och naturreservat. Det kan vara helt förbjudet, eller bara tillåtet på vissa iordninggjorda eldplatser. Vad som gäller framgår av anslagstavlorna i anslutning till områdena. Man kan också få besked från kommunen eller länsstyrelsen.

Allmänfarlig vårdslöshet

Att göra upp eld under eldningsförbud kan leda till böter enligt Räddningstjänstlagen 58 §. Brott mot föreskrifter i naturreservat och nationalparker kan straffas enligt Miljöbalken. Den som av oaktsamhet vållar skogsbrand kan dömas för allmänfarlig vårdslöshet enligt Brottsbalken 13 kap 6 §.

Näver får man bara ta om man har tillstånd från markägaren.
Foto: © Svante Åberg

Om du vill veta mer

Fördjupning

Brand

Med brand menas ofta eld som man tappat kontrollen över, åtminstone delvis. Ett gammalt talesätt är att ”elden är en god tjänare, men en sträng herre”. Risken för eldsvåda var mer näraliggande förr i tiden när husen var timrade, taken var täckta med träspån och man eldade i spisen för att laga mat och få värme. Små misstag, som att en gnista hamnade på fel ställe där den kunde starta en eld, kunde lätt ske.

Numera är riskerna för bränder mindre, men bränder orsakar fortfarande stora skador och tar ibland liv. Enligt statistik är de vanligaste orsakerna till brand i bostaden elfel, levande ljus, rökning, och köksspisen. Slarv och misstag ligger bakom flertalet bränder, men också bristande underhåll av till exempel elektrisk utrustning eller utebliven sotning av skorstenar.

Förutsättningar för brand illustreras av brandtriangeln


Brandtriangeln anger vad som krävs för brand.
"Fire triangle" av Gustavb" CC BY-SA 3.0

Eld är en kemisk reaktion där brännbara gaser reagerar med luftens syre under stark värmeutveckling. Vi ska titta närmare på vad som krävs för att underhålla en brand. En symbolisk figur som beskriver detta är den så kallade brandtriangeln. Om alla tre sidorna i triangeln föreligger, så är brand möjlig.

Det som behövs är: bränsle, syre, värme.

Bränsle

Bränsle är sådant som kan reagera med oxidationsmedel, såsom luftens syre.

Bränslet är nästan alltid organiskt material som har bildats med hjälp av fotosyntesen. Energin i solstrålningen har på så sätt lagrats i biomassan.

Ved är ett exempel på bränsle som bildas kontinuerligt i våra skogar. Kol, olja och naturgas är fossila bränslen som en gång i tiden var ved, blad och döda djur som gömdes under sediment och så småningom under årmiljonerna omvandlades till sin nuvarande form. De fossila bränslena skapades också genom fotosyntesen, vare sig de kommer från växter eller djur. Djuren fick ju sin energi genom att äta av växterna.

I princip kan även metaller vara bränslen, men det är ovanligt. Aluminium eller magnesium i är dock mycket brandfarligt om man väl fått eld på det. I solida block antänds metallen inte så lätt, men i pulverform kan branden bli explosionsartad.

Om det saknas bränsle, så kan det inte brinna. Stoppar du inte in fler vedträn i brasan, så kommer veden att ta slut och elden slockna, även om eldstaden är tillräckligt het och det är god syretillförsel.

Syre

Syret har förmågan att oxidera bränslet. Elden är alltså en redoxreaktion där syret är oxidationsmedel och bränslet reduktionsmedel. Även andra oxidationsmedel än syre kan underhålla förbränning. Till exempel kan man lika gärna elda i klorgas som i syrgas. Men syret finns ju överallt i luften, så i praktiken är det syret vi talar om när vi pratar om brand.

När syret reagerar med bränslet så sker en förbränning, vilket innebär att kol och syre bildar koldioxid och väteatomer i bränslet reagerar med syre till vatten. Har vi ett "rent" bränsle, så blir reaktionsprodukterna bara koldioxid och vatten. Förbränningsreaktionen är exoterm, dvs. avger värmeenergi. Kvar blir reaktionsprodukterna koldioxid och vatten, som är energifattiga.

Det krävs en kontinuerlig syretillförsel för att branden ska fortsätta. Om man täcker över elden, så kommer syret inte åt. Då slocknar elden. Vill man i stället få igång elden, så kan man blåsa på den. Den ökade syretillförseln ökar på reaktionshastigheten. Den ökade reaktionen ger kraftigare värmeutveckling och elden flammar upp.

Det är också den ökade syretillförseln som gör att brandrisken är mycket större när det blåser. Det handlar inte bara om att gnistor kan flyga med vinden och antända nytt bränsle, utan också om att värmeutvecklingen blir mycket kraftigare.

Värme

En låga kräver att bränslet är i gasform.

Om bränslet är t.ex. acetylen, så är det i gasform redan från början. I en acetylensvets blandas gas från acetylentuben med syret från syrgastuben i svetsmunstycket. Bränslemolekylerna och syrgasmolekylerna måste komma i kontakt med varandra för att reagera. I gasblandningen är denna kontakt mycket effektiv. Därför kan acetylensvetsen brinna med mycket hög temperatur.

Om bränslet är t.ex. ved, så måste veden förångas till gaser innan den kan börja brinna. Man kunde tänka sig att ett vedträ skulle kunna brinna på ytan där träet har kontakt med luften, men det blir för lite fart på reaktionen för att den ska kunna hålla igång.

Kraftig hetta får veden att sönderdelas och brytas ned till brännbara gaser. Denna process kallas för pyrolys. Om man lyckats få igång en brasa, så utvecklas tillräckligt med värme vid förbränningen för att ytterligare ved ska pyrolyseras och avge brännbara gaser. På så sätt kan elden fortsätta brinna.

Kedjereaktion

Om det finns mycket bränsle, god syretillförsel och bränslet är både torrt och finfördelat, så som det kan vara efter torka i en skog med mycket kvistar och barr, så kan brandutvecklingen bli nästan explosionsartad. Värmeutvecklingen blir så hög att inte bara bränslet närmast veden antänds, utan även brännbart material på avstånd tar eld.

I en lägenhet kan också hettan blir så stor att lägenheten plötsligt övertänds och branden blir explosionsartad. Det har att göra med den starka värmeutvecklingen som ökar på bildningen av brännbara gaser, som i sin tur ökar på värmeutvecklingen i en kedjereaktion. Det var erfarenheter av sådana bränder som gjorde att man beskrev elden som "en sträng herre".

Litteratur

  1. Yngve Ryd, Eld: flammor och glöd - samisk eldkonst, 2005, Natur och kultur, Stockholm.
  2. Vedpärmen, Novator
    http://www.novator.se/bioenergy/wood/ (2006-06-20)
    • Pyrolys
      http://www.novator.se/bioenergy/wood/A3.pdf (2006-06-20)
    • Bränslet
      http://www.novator.se/bioenergy/wood/A4.pdf (2006-06-20)
    • Aska och sot
      http://www.novator.se/bioenergy/wood/A5.pdf (2006-06-20)
  3. Wood combustion, Eco Ltd
    http://ecoharmony.com/thesis/AppdxD.htm (2006-06-19)
  4. Elda rätt med vedpanna, Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut (SP)
    http://www.sp.se/Energy/sv/teknikomraden/Forbranning/elda_ved.htm (2006-06-20)
  5. Räddningstjänstlagen (1986:1102), Rättsnätet
    http://www.notisum.se/rnp/sls/lag/19861102.HTM (2006-05-24)
  6. Allemansrätten, Naturvårdsverket
    http://www.naturvardsverket.se/allemansratten (2006-05-24)
  7. Hemsida, Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB)
    https://www.msb.se/ (2013-11-10)

Fler experiment


förbränning
Bensinbrand
Bränna papper
Den brinnande sedeln
Eld - varför brinner det?
Elda stålull
Karbidlampan
Ljuset under glaset
Pulversläckare
Självantändning med glycerol och permanganat
Släcka fett på rätt sätt
Tillverka tomtebloss
Tänd ett släckt ljus med hjälp av röken
Vad händer då något brinner?
Värma med ljus - bra eller dåligt?

vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Blev disken ren?
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Optiska Vitmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis