Explosion
Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur und des Druckes. Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen, verursacht durch 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.
Unterscheidungen
Thermisch
Man unterscheidet zwei Typen von Reaktionen, die zu Explosionen führen: Thermische Explosionen und die Kettenverzweigungsexplosionen.
- Thermische Explosionen entstehen, wenn die Reaktionswärme 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.
- Kettenverzweigungsexplosionen entstehen bei radikalischen Reaktionen, wie der Knallgasreaktion. In einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich finden mehr Kettenverzweigungen als Kettenabbruchreaktionen statt, so dass die Zahl der Reaktionsketten und damit die freigesetzte Energie pro Reaktionsschritt exponentiell ansteigt und zur Explosion führt.
Diese Typen unterscheiden sich in der Art der Energie freisetzenden chemischen (oder nuklearen) Reaktion. In beiden Fällen ist jedoch der thermodynamische Vorgang derselbe: Die freigesetzte Energie führt zu rapider Volumenausdehnung, die das umgebende Material auseinander sprengt.
Schließlich gibt es noch Explosionen, bei denen gar 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.
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 (Sprengstoff) ist
- Detonation, die sich mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet.
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.
Vorkommen
Explosionen kommen in der Natur als exotherme Reaktion häufig vor. Oft sind Explosionen zerstörerisch, man kann aber die Energie einer Explosion aber auch in der Sprengtechnik mit einer Sprengung verwenden.
Begriff
Der Begriff Explosion wird gelegentlich auch für eine rapide Zunahme einer beliebigen Größe (z.B. Population, Kosten) als „Explosion“ verwendet.