Waarom reageren stoffen pas met zuurstof als ze in brand staan?

Het is geen mengen. Mengen kan altijd.

Het is reageren. Dat is iets heel anders dan mengen.

Neem aardgas (CH4) als voorbeeld. Bij een reactie van aardgas met zuurstof komt energie vrij. Dat is de hitte waaraan wij merken dat het gas brandt.

Maar om te kunnen reageren, is energie nodig. Het aardgasmolecuul moet eerst in stukken breken (vereenvoudigd gezegd: CH4 wordt een C en vier H). Dat kost veel energie. Ook de zuurstofmoleculen (O2) moeten in stukken breken, namelijk in twee losse O. Ook dat kost veel energie.

Pas als alles in stukken is gebroken, kunnen die brokstukken reageren tot CO2 en H2O. Daarbij komt meer energie vrij dan nodig was voor het ophakken van de betrokken moleculen.

Aardgas en zuurstof mengen uitstekend. Maar dan zal er niets gebeuren, omdat er geen energie beschikbaar is om de aardgasmoleculen en de zuurstofmoleculen in stukken te hakken.

Als je een vonkje maakt, geeft dat vonkje de energie die nodig is om de moleculen in stukken te hakken. Die stukken reageren dan met elkaar tot koolstofdioxide (CO2) en water (H2O), en daarbij komt meer energie vrij dan er eerst nodig is geweest. Een deel van die vrijgekomen energie wordt gebruikt om de volgende serie aardgasmoleculen en zuurstofmoleculen in stukken te breken. Ook die reageren daarna tot CO2 en H2O, waarbij opnieuw meer energie vrijkomt dan er in is gestopt. Die vrijkomende energie wordt ... enzovoort.
 

Stoffen die in brand staan reageren per definitie met zuurstof. Dus dat maakt het moeilijk om de vraag letterlijk te beantwoorden.

Maar zuurstof in de omgeving is natuurlijk niet voldoende. Er moet ook voldoende energie zijn om de reactie op gang te brengen. Daarom gaat een stof pas branden als de zelfontbrandingstemperatuur bereikt is.

Als de temperatuur hoger is dan het vlampunt is een vonkje echter voldoende om de stof te doen ontbranden. Is de temperatuur lager dan het vlampunt, dan is ontbranding niet mogelijk.

Naast zuurstof moet het gehalte aan ontbrandbare dampen natuurlijk ook hoog genoeg zijn. Maar ook weer niet te hoog, want ook dan is ontbranding onmogelijk. Die concentraties aan damp worden aangeduid met de LEL en UEL.

Maar vergeet niet, uitzonderingen bestaan natuurlijk altijd.

Stoffen hoeven niet in brand te staan om te reageren met zuurstof. Als je een blank stuk ijzer een nachtje in de tuin legt met vochtig weer, is er al de andere dag het begin van roest te zien. Dat is een oxidatieproces en dat is een verbinding die het ijzer met het zuurstof aangaat. Er ontstaat ijzeroxide. Sommige andere verbindingen ontstaan bij hogere temperaturen. De ontbrandingstemperatuur, dus wanneer wel brand ontstaat, is voor de verschillende stoffen verschillend. Daarbij geldt dat de zuurstof er goed bij moet kunnen. Een plas benzine ontbrandt minder gemakkelijk dan wanneer de benzine wordt verneveld. Kortom de verbinding met zuurstof is afhankelijk van de stof die wil reageren, en dat kan afhankelijk van die stof op allerlei temperaturen plaatsvinden. Van brand hoeft geen sprake te zijn.