Naturwissenschaft im Alltag
Wunderkerzen sind für mich immer noch faszinierend und verbunden mit vielen schönen Momenten wie Geburtstagen, Weihnachten, toller Stimmung bei verschiedensten Festen und wunderbarer Musik, aber auch mit der jährlichen Begrüßung des neuen Jahrs durch die faszinierende Feuershow am Himmel. In meinem Artikel zu Beginn des letzten Jahres "Wunderkerzen, Feuerwerk - chemisches Farbspiel der Metalle" habe ich beschrieben wie diese wunderbaren Lichteffekte zustande kommen, dass dabei verschiedene Metalle mit jeweils charakteristischen Farben mit Sauerstoff zu ihren Oxiden (Sauerstoffverbindungen) verbrennen.
Feuer unter Wasser - ein nicht ganz ungefährliches Experiment im Freien
In diesem Jahr zeige ich dir wie du in einem einfachen Versuch sehen kannst, dass die Wunderkerzen Metalle enthalten, die unter Wasser brennen, meist Aluminium und Eisen. Sie brennen auch deshalb unter Wasser, weil sie Verbindungen enthalten, die den Sauerstoff für die Verbrennung liefern, die Nitrate. Das sind sauerstoffreiche Stickstoffverbindungen, Salze der Salpetersäure. In den Wunderkerzen ist meist das Bariumnitrat enthalten, in den Raketen und Böllern des Feuerwerks das Schwarzpulver, das als Sauerstofflieferant das Kaliumnitrat enthält. Früher wurde das Schwarzpulver für Schusswaffen verwendet.
Was brauchst du für den Versuch?
Elf Wunderkerzen, eine große Glasschale, Wasser, Klebefilm, ein Feuerzeug und eine_n Erwachsene_n, falls du noch ein Kind bist, einen Platz im Freien, z.B. Terasse oder Balkon
Wie gehst du vor?
Fülle die Glasschale mit Wasser, binde zehn Wunderkerzen mit einem Klebestreifen zusammen, so dass die Spitzen frei bleiben. Stelle die Glasschale nach draußen. Zünde zuerst nur eine Wunderkerze an und tauche sie, sobald sie brennt, ins Wasser, beobachte. Zünde dann das zusammengebundene Wunderkerzen-Päckchen an, warte bis alle brennen und tauche sie dann ebenfalls schnell in die Wasserschüssel.
Was kannst du beobachten?
Die einzelne funkensprühende Wunderkerze erlischt sofort nach dem Eintauchen in Wasser. Die zehn zusammengebundenen Wunderkerzen, sprühen intensiv Funken, brennen auch unter Wasser einige Sekunden weiter, das Wasser sprudelt und Rauch steigt aus der Schüssel auf. Am Ende ist in der Wasserschüssel eine Suspension aus Wasser mit fein verteiltem weißgrauem Feststoff zu sehen und auf der Wasseroberfläche schwimmen wenige dunkelgraue bis schwarze Feststoffteilchen.
Erklärung/Deutung:
Wunderkerzen verbrennen in einer exothermen Reaktionen, also unter Freisetzung von Energie, erkennbar an den Funken. Das Wasser kühlt so weit ab, dass eine einzelne Wunderkerze erlischt. Die zehn zusammengebundenen Wunderkerzen brennen eine Zeit unter Wasser weiter, weil sie den Sauerstoff, den sie zum Brennen brauchen in Form von Bariumnitrat enthalten und weil ihre Verbrennung so viel Energie freisetzt, dass das Wasser eine Zeit braucht, um sie unter die sogenannte Zündtemperatur abzukühlen. Durch die bei der Verbrennung frei werdende Energie verdampft ein Teil des Wassers, das in Gasblasen aufsteigt. Bei der Verbrennung entstehen vor allem die Verbrennungsprodukte weißes Aluminiumoxid und schwarzes Eisenoxid.
Löschen von Metallbränden
Metallbrände, also auch größere Mengen von Aluminium als in diesem Wunderkerzen-Versuch, lassen sich weder mit Wasser noch mit Kohlendioxid oder Pulverlöschern löschen, da diese Metalle heftig mit ihnen reagieren. Deshalb verwendet man zum Löschen von Aluminium-, Kalium-, Lithium-, Magnesium- und Natriumbränden sowie deren Legierungen Sand, Salz oder Zement. Diese Feststoffe erwärmen sich durch die Metallbrände so stark, dass sie zum Teil schmelzen und verkrusten. Die Kruste unterbricht dann die Zufuhr von Sauerstoff, der für die Verbrennung benötigt wird.
Weisst du das?
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- Vorschau auf das nächste Sylvester: Versuch "Der Zauberdocht" und "Wunderkerzen selbst gemacht"
Fazit:
In den Wunderkerzen und im Feuerwerk verbrennen Metalle mit jeweils charakteristischen Farben zu den jeweiligen Sauerstoffverbindungen, den Oxiden. Bei der Verbrennung wird Energie frei, sichtbar an den Funken. Der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff wird von den sauerstoffreichen Nitraten, die enthalten sind, geliefert. Metallbrände lassen sich nicht mit Wasser oder Kohlendioxid löschen, da sie mit ihnen heftig reagieren. Zum Löschen von Metallbränden eignen sich z.B. Sand, Salz oder Zement.
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Ahnungsloser (Montag, 12 Februar 2018 12:27)
Eine theoretische Frage. Gesetzt der Fall man würde eine Wunderkerze entsprechend einem Metallbrand löschen.
Wenn bei der Verbrennung von Wunderkerzen Sauerstoff freigesetzt wird, wie kann dann eine Kruste die Sauerstoffzufuhr unterbrechen?
Suedfrau (Montag, 12 Februar 2018 17:22)
Bei der Verbrennung der Wunderkerzen wird Energie frei, kein Sauerstoff.