Warum brennt Papier?

Warum Papier in Flammen aufgeht

Um die Brennbarkeit von einem Stoff zu erklären, muss ein Blick auf seine chemische Zusammensetzung geworfen werden. Brennt etwas, dann reagiert es nämlich chemisch mit Sauerstoff und Feuer.

• Papier besteht hauptsächlich aus Cellulose, denn es handelt sich um ein Naturprodukt, das in erster Linie aus pflanzlichen Zellwänden hergestellt wird. Solche werden mit dem Fachbegriff der Cellulose bezeichnet und setzen sich aus einem Zweifachzucker und dem Monomer Cellobiose zusammen, wobei zwischen den einzelnen Monomeren je eine β-1,4-glycosidische Bindung besteht. Zweifachzucker wiederum meint eine Verbindung von zwei Glucose-Molekülen mit selbiger Bindung. Als Summenformel kommt Cellulose so die Formel (C₁₂H₂₀O₁₀)_[n] zustande.
• Sie haben es mit der eben gegebenen Aufschlüsselung vielleicht schon bemerkt: Hauptbestandteil von Cellulose und dementsprechend auch Papier, ist Glucose. Die Brennreaktion des Stoffes ist daher verallgemeinert als eine Reaktion der Glucose-Moleküle mit Sauerstoff zusammenzufassen. Die Erhitzung der Cellulose lässt das Papier schwelen, was brennbare Gase freisetzt. Die wiederum sind der eigentliche Grund, aus dem sich Papier entzündet. Das aber nur, wenn Sauerstoff im Spiel ist.
• Sauerstoff wird während der Reaktion nämlich verbraucht, sonst funktioniert das Verbrennen nicht. Sie kennen das vom Lagerfeuer: Wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, dann brennt Papier nicht - es schwelt oder das Feuer erlischt vollständig. Hier ist Fächern angesagt! Nötig für den Brennvorgang ist ferner eine Temperatur von circa 144°C.
• Noch einmal zusammengefasst: Unter der Zuführung von Sauerstoff fängt Papier bei 144 Grad wegen seiner chemischen Zusammensetzung an zu schwelen. Die dabei entstehenden Gase fangen Feuer und verbrennen. Wie bei jeder Reaktion bilden sich dabei neue Bindungen. Abfallprodukte entstehen als eine Folge dessen - Sie können Rauch beobachten, Sie nehmen eine Schwarzfärbung des Stoffes und schließlich den Zerfall zu Asche wahr. Wenn Sie Papier unter einem Becher verbrennen sehen Sie außerdem Kondenswasser. Aber wieso eigentlich?

Um das zu erklären, muss die chemische Reaktion von Cellulose mit Sauerstoff weiter aufgeschlüsselt werden.

Rauch, Asche, Kondenswasser - das passiert wenn Cellulose brennt

Die Kurzzusammenfassung der chemischen Reaktion von Papier und Sauerstoff: Die unpolaren Bindungen des Papiers werden durch den Sauerstoff polarisiert, sodass Energie frei wird. Wärme ist Energie. Feuer entsteht. Als Abfallprodukt fällt hauptsächlich CO2 an.

• Der chemische Vorgang nennt sich in diesem Fall Oxydation. Wenn Papier schwelt, dann findet eine stille Oxydation statt. Brennt der Stoff, sodass Feuer entsteht, dann handelt es sich um eine schnelle Oxydation. Die entstehenden Verbindungen werden Oxide genannt. Die Reaktion selbst ist eine exotherme, da hier Energie an die Umgebung abgegeben wird.
• Da Papier nicht ausschließlich aus dem Kohlenhydrat Cellulose besteht, sondern außerdem Füllstoffe und Leimbestandteile enthält, ist die Oxydation von Papier zu Papier nicht zwingend gleich. Die individuelle Zusammensetzung bestimmt, welche Nebenprodukte während der Energiegewinnung in welchem Maß anfallen. Jedes Papier besteht allerdings zu einem Großteil aus Kohlenstoff und Hydor, also Wasser. 
• Bei jeder Verbrennung reagiert Kohlenstoff mit Sauerstoff, wobei sich Kohlenstoffdioxid entwickelt. Die Reaktionsgleichung lautet in diesem Fall C+O2->CO2. Da im Fall von Cellulose Glucose mit Sauerstoff reagiert, lässt sich diese allgemeine Reaktionsgleichung präzisieren. Die Oxidation von Glucose nämlich kann mit der Formel C6H12O6 + 6O2 -> 6H2O + 6CO2 wiedergegeben werden.
• Neben Glucose enthält Papier außerdem Kohlenstoff- und Wasserstoffatome. Die Kohlenstoffatome bleiben nach der Reaktion mit dem Luftsauerstoff als Schwarzfärbung zurück. Die Wasserstoffatome des Papiers reagieren mit dem Luftsauerstoff demgegenüber zu Wasser. Das Resultat ist Kondenswasser, das vor allem dann sichtbar wird, wenn Sie Papier auf geschlossenem Raum verbrennen. Das Abfallprodukt weißgräulicher Asche schließlich, ist Resultat der mineralischen Füllstoffe.

Auf die Frage, warum Papier brennt und was während der Oxidation geschieht, können Sie nun eine umfangreiche Antwort geben.