Explosion
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Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur und des Druckes. Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen und der Freisetzung von großen Energiemengen auf kleinem Raum, zum Beispiel durch Sprengstoffe, explosionsfähige Atmosphäre oder aufgestaute Gase etwa in Vulkanen. Die plötzliche Volumenerweiterung verursacht eine Druckwelle, die bei einer idealen (von einer Punktquelle ausgehenden) Explosion durch das Modell der Detonationswelle beschrieben werden kann.
Der Begriff Explosion wird gelegentlich auch bildlich für eine rapide Zunahme einer beliebigen Größe (z.B. Population, Kosten) verwendet.
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[Bearbeiten] Unterscheidungen
[Bearbeiten] Explosionstypen
Man unterscheidet zwei Typen von Explosionen: Warmeexplosionen und Kettenverzweigungsexplosionen.
- Wärmeexplosionen entstehen, wenn die Reaktionsenthalpie nicht schnell genug abgeführt werden kann und damit die Temperatur des Systems ansteigt. Der Temperaturanstieg führt zu einem Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit und damit zu noch größerer Wärmefreisetzung und schließlich zur Explosion. (Theorien von Semenov, Frank-Kamenitzkii und Thomas).
- Kettenverzweigungsexplosionen entstehen bei radikalischen Reaktionen, wie der Knallgasreaktion. In einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich finden mehr Kettenverzweigungen als Kettenabbruchreaktionen (durch Rekombination der Radikale) statt, so dass die Anzahl der Radikale und damit die freigesetzte Reaktionsenthalpie schnell ansteigt und zur Explosion führt.
Diese Typen unterscheiden sich in der Art der Energie freisetzenden chemischen Reaktion. In beiden Fällen ist jedoch der thermodynamische Vorgang derselbe: Die freigesetzte Energie führt zu rapider Temperatur- und Drucksteigerung sowie Volumenausdehnung, die das umgebende Material auseinander sprengt.
Schließlich gibt es noch Explosionen, bei denen keine chemische oder nukleare Reaktion stattfindet, sondern lediglich ein zunehmender Druck in einer festen Hülle (z. B. gasreiches Magma in einem Vulkan oder Dampfexplosionen) diese zum Bersten bringt.
[Bearbeiten] Makroskopisch
Eine weitere Unterscheidung wird makroskopisch getroffen:
- Deflagration (z.B. Verpuffungen), bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamm- oder Reaktionsfront langsamer als die Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Mediums (dem Explosivstoff) ist und sich die Abgasschwaden entgegen der Ausbreitungsrichtung bewegen.
- Detonation, die sich mit Überschallgeschwindigkeit im Medium ausbreitet und bei der sich die Abgasschwaden in der Ausbreitungsrichtung bewegen.
[Bearbeiten] Wirkrichtung
Die Gegenrichtung zur Explosion ist die Implosion; hier expandiert das reaktive Medium nicht, sondern kontrahiert. Da die zur Implosion führende mechanische Arbeit über den Druck von der umgebenden Atmosphäre geleistet und nicht von einem Sprengkörper freigesetzt wird, ist der Energiebetrag, im Gegensatz zu dem einer Explosion, durch das implodierende Volumen und durch die Umgebungsbedingungen begrenzt.
[Bearbeiten] Vorkommen
In der Natur kommt es meistens zu Explosionen im Zusammenhang mit Vulkanismus. Hierunter fallen explosionsartig verlaufende Vulkanausbrüche (z. B. Krakatau 1883) oder Wasserdampfexplosionen. Wasserdampfexplosionen entstehen bei Kontakt von Wasser mit Magma.
In der Astronomie wird das Ende des Lebenszyklus von Sternen mit dem Begriff der Supernova bezeichnet. Hiermit ist die größte (bezogen auf die freigesetzte Energie) in der Natur auftretende Form einer Explosion gemeint.
Technisch lassen sich zwei "Typen" von Explosionen unterscheiden. Gewollte und ungewollte Explosionen. Die gewollten Explosionen werden meist mit dem Begriff der Sprengung beschrieben, sie dienen unterschiedlichen technischen (Steinbrüche, Feuerwerkskörper, Tunnelbau) oder militärischen Zwecken. Als Mittel zur Durchführung dieser Explosionen werden Sprengstoffe verwendet.
Ungewollte Explosionen treten praktisch immer als Folge gestörter technischer Prozesse auf. Dies kann die fehlerhafte Bedienung eines Gasanschlusses in Wohnhäusern oder auch die unbeabsichtigte Freisetzung von Gasen mit nachfolgender Zündung in beispielsweise Chemieanlagen sein.
Beispiele für Explosionen durch gestörte technische Prozesse sind mit den Begriffen Flixborough, Piper Alpha oder Toulouse verbunden.
Explosionen dieses Typs unterteilt man nach Art des Brennstoffes in Gas-, Dampf- oder Staubexplosionen.
Beim Entzünden des Treibstoffes in Verbrennungsmotoren spricht man von einer Verbrennung und nicht von einer Explosion, da aufgrund der geringen Brenngeschwindigkeit die charakteristischen Eigenschaften einer Explosion nicht in Erscheinung treten.
