U-Reihe: Feuer & Flamme

Getestete Unterrichtsreihen:

 

Feuer und Flamme

 

Vorbemerkung:

  1. Entzünden von heißem Wachs mit kaltem Wasser  

  2.  Der brennbare Stoff

 2a. Unter welchen Bedingungen brennt Wachs?

 2b. Erhitzen von Wachs im Reagenzglas

 2c. Erhitzen von unverbranntem Wachsdampf (Tochterflamme)

 2d. Entflammen von unverbranntem Wachsdampf

 2e. Brennen auch bei Holz, Papier etc. nur die entweichenden Gase?
 2f.  Entflammen von Leichtbenzin, Alkohol und Petroleum

 2g. Warum ist die Farbe der Flamme fast immer gelb?

  3.  Die Zündtemperatur 

 3a. Bei welcher Temperatur entzündet sich ein Streichholz?

 3b. Wann entflammt Erdgas bzw. Feuerzeuggas?
 3c. Der Papiertrichter über der Kerzenflamme

 4.   Der brandfördernde Stoff

 4a. Ist die Menge des brandfördernden Stoffes wichtig?

 4b. Die Wirkung der Oberfläche für den brandfördernden Stoff

 4c. Brennender und brandfördernder Stoff als Gasgemisch 

 4d. Ist die Art des brandfördernden Stoffes wichtig? Experimente mit Sauerstoff

 4e. Wird Eisen beim Verbrennen schwerer?

 4f. Wie viel Sauerstoff ist in der Luft? 

 4g. Spezialfall: Wasserstoff und Sauerstoff 

 4h. Chemisch gebundener Sauerstoff: Gummibärcheninferno

  5.  Die Kerze

  5a. Die Rolle des Dochtes

  5b.Temperaturverteilung

  5c. Was geschieht chemisch (Nachweis von C als CO2  und von  H als H2O)

  5d. Wird die Kerze (incl. Produkte) beim Verbrennen leichter?

  6.  Feuer löschen

  6a. Das Branddreieck

  6b. Beispiele für Feuer löschen

  6c. Löschen mit Kohlenstoffdioxid 

  6d. Löschen von Benzinbränden

  6e. Experimente mit der Kupferspirale 

  6f. Wer baut den besten Feuerlöscher

  7.  Vermischtes oder Gelerntes
  7a. Erlischt die untere oder die obere Kerze zuerst? 

  7b. Feuerspucken
  7c. Feuertornado 

  7d. Feuerspirale 

  7e. Benzinexplosion im Filmdöschen

  7f. Feuerzeuggas-Rakete


Vorbemerkungen

Zu diesem hier behandelten Thema gibt es eine Fülle von Versuchen, die man als  Demonstrations-, Schülerdemonstrations- oder reine Schülerexperimente durchführen kann. Früher konnte man in den Lehrbüchern immer nur einzelne Passagen hierzu finden. Es wurde deshalb ein eigener Unterrichtsgang konzipiert, der an der eigenen Schule mehrfach erprobt wurde und hier vorgestellt werden soll.

"Aufgepeppt" wurde die Reihe nachträglich noch mit Experimenten aus folgenden Artikeln:

1. "Die Kerze", W. Helmert und Dr. A. Salinger, Berlin 1999 (http://home.snafu.de/helmert
     /Kerze/index.htm)
2. "Chemie fürs Leben", Marco Rossow, Prof Dr. Alfred Flint Stand Nov. 2005 Universität Rostock,
    Institut für Chemie

Die Unterrichtsreihe immer wieder modifiziert und in NRW mit Erfolg beschritten. Platziert war sie in der Mitte der Klasse 7 nach der Reihe über den Kalkkreislauf.

Da an nicht allen Schulen in den verschiedenen Bundesländern die gleichen Voraussetzungen bzw. Hauscurricula vorhanden sind, um genau den gleichen Weg zu gehen, muss eventuell die eine oder andere Passage (s.u.) abgeändert werden.

Als zusätzliche Hilfe zu dem didaktischen Vorschlag finden sich auf der rechten Seite der Darstellung Links zu Hilfen wie Filmen oder Arbeitsblättern.

 

Aus einem Schülerheft (etwas überarbeitet)

Nachdem wir genügend gedrängelt hatten, hat der Lehrer zugesagt, dass wir etwas mit Feuer als nächstes machen dürfen.

 

Was ich unter Feuer verstehe

  -Wenn ich an Feuer denke, dann denke ich Explosionen, Hitze, große Temperaturen, abfackelnde
    Häuser und Waldbrände.

 - Ich denke auch an Bunsenbrenner.

 - Aber ich denke auch an Kerzen und wenn ich an Kerzen denke, denke ich auch an Licht."

     

Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit es brennt?

1. Brennbares Material

Benzin, Holz, Erdgas, Deospray, Papier

Heu, Kohle, Wachs, Schwarzpulver

               Nicht brennbare Stoffe sind dagegen:

Kohlenstoffdioxid, Wasser, Glas

Löschdecke, Sand

 

2. Brandfördernde Stoffe

Luft oder besser: Sauerstoff manche Chemikalien und Schwarzpulver ( ist auch bei Nr. 1 aufgeführt!)

 

3. Feueranzünder


 

 

Der Lehrer sagt: "Ihr habt eigentlich alles so toll zusammengetragen, dass wir die Unterrichtsreihe gar nicht mehr durchzunehmen brauchen; aber ich möchte mit Euch noch ein paar Feinheiten genauer herausarbeiten. Ich sehe schon am Leuchten in euren Augen dass es viel Spaß machen wird."

 

Versuch: (wird vom Lehrer durchgeführt)

1. Entzünden von heißem Wachs mit kaltem Wasser 

 

Prinzip:

Es wird ein Reagenzglas mit erhitztem Wachs in kaltes Wasser gehalten.

Skizze:

entfällt

  Film: A14A

Material:

Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder, Reagenzglas, Reagenzglashalter Spatel, Becherglas, 600 mL

Chemikalien:  

Kerze(nwachs), Leitungswasser

Durchführung
und

Beobachtung:

Wir befüllen das Becherglas etwa zu dreiviertel mit kaltem Leitungswasser. Dann knicken wir eine Weihnachtskerze so etwa bei 1-2 cm ab, ziehen das Wachs vom Docht und geben es in das Reagenzglas. Der Lehrer zieht die Schutzscheibe hoch und erhitzt das Reagenzglas in der Brennerflamme, bis es eigenartig zischt. Dann stellt er den Brenner ab und hält das Reagenzglas in das kalte Wasser.
Es entsteht eine tolle Riesenstichflamme, die den ganzen Raum beleuchtet.

Ergebnis:

Heißes Wachs brennt auch ohne Feueranzünder.

 

Der Lehrer sagt: Dieses Experiment enthält einen Trick, den er später erklären wird.
Wir sollen auf keinen Fall diesen Versuch irgendwie zu Hause nachmachen!

 

2. Der brennbare Stoff

 

2a. Unter welchen Bedingungen brennt Wachs?

 

Prinzip:

Wachs wird auf dem Magnetrührer erhitzt und versucht anzuzünden.

Skizze:

 
Film: A14B

Material:

Magnetrührer, Schutzbrille, Spatel

Chemikalien:  

Kerze(nwachs) im Teelichtbecher, Streichhölzer

Durchführung
und

Beobachtung:

Wir entleeren ein Teelicht und stampfen oder drücken den Boden glatt. Dann geben wir nur ein größeres Stück Wachs zurück in den Teelichtbecher. Diesen stellen wir dann auf den Magnetrührer und schalten ihn an.
In regelmäßigen Zeitabständen versuchen wir das Wachs mit einem Streichholz anzuzünden, ohne dass das Holz das Wachs zu sehr erhitzt.
Festes Wachs lässt sich genauso wenig entzünden wie flüssiges Wachs. Erst, wenn genügend Wachsdämpfe da sind, entsteht eine Flamme.

Ergebnis:

Eigentlich brennt Wachs nur wenn es verdampft


 

 

Den Versuch fanden wir nicht so eindeutig. Wir haben daraufhin diskutiert, wie man ihn verbessern könnte und kamen auf eine tolle Idee: Wir machen Wachs im Reagenzglas heiß und zünden dann den Dampf an.

 

2b. Erhitzen von Wachs im Reagenzglas

 

Prinzip:

Wachs wird im Reagenzglas erhitzt und versucht dieses anzuzünden.

Skizze:


Film: A14D

Material:

Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder, Reagenzglas, Stativ, Muffe, Greifklemme

Chemikalien:  

Kerze(nwachs)

Durchführung
und

Beobachtung:

Wir knicken eine Weihnachtskerze etwa bei 1 cm ab, ziehen das Wachs vom Docht und geben das Stück in ein Reagenzglas. Dieses erhitzen wir in der rauschenden Flamme, bis es flüssig wird und schließlich Wachsdampf entweicht.
Das gasförmige Wachs versuchen wir zu entzünden, in dem wir die die Brennerflamme kurz an die Reagenzglasöffnung halten.
Es brennt. Wir können die Flamme sogar vergrößern, wenn wir das Wachs weiter erhitzen.

Ergebnis:

Es brennt nur gasförmiges Wachs.

 

 

 

2c. Entflammen von unverbrannten Wachsgas

 

Skizze:
Film: A14C

Durchführung
und

Beobachtung:

Eine Kerzenflamme, die stabil ist (d.h. schon einige Minuten gebrannt hat), wird ausgepustet. Man nähert sich dem aufsteigenden Rauch mit einem brennenden Streichholz. Die Flamme entzündet den Qualm und springt von da aus auf den Docht über! Der Versuch ist fast beliebig oft wiederholbar.


 

 

2d. Erhitzen von unverbranntem Wachsgas (Tochterflamme)
      

 

Durchführung
und

Beobachtung:

Mittels kurzer Glasröhrchen werden noch nicht verbrannte Gase aus einer Flamme abgeleitet und am Ende des Glasrohres entzündet. Es bilden sich Flammen aus, die in der Struktur (innerer Kegel etc.) der Ausgangsflamme entsprechen.
Der Versuch gelingt nicht immer: Das Glasrohr darf nicht zu lang und nicht zu kurz sein (ca.4- 5 cm), es darf nicht zu steil und nicht zu flach gehalten werden. Es sind nur sehr große Kerzenflammen geeignet. Brennerflammen sind wegen des fehlenden Dochtes einfacher zu handhaben. Das Glasrohr kann mit einem kurzen, aufgeschnittenen Schlauchstück ummantelt werden, damit man es mit einer Holzzange gut halten kann.


 

Was mit dem Wachs passiert, könnte natürlich erst recht mit Alkohol oder Benzin geschehen; vielleicht sogar mit Holz.

 

2e. Brennen  auch bei Holz, Papier etc. nur die entweichenden Gase/Dämpfe?
 

Prinzip:

Brennbare Stoffe werden im Reagenzglas erhitzt und versucht anzuzünden.

Skizze:

wie bei Versuch 2a

Material:

wie bei Versuch 2a

Chemikalien:  

Holz (Schaschlik-Spieße), Papier, Alkohol usw.

Hinweis:

VORSICHT: Bei der eintretenden Verkohlung können giftige und kanzerogene Stoffe entstehen! ABZUG!
Reagenzglas anschließend nicht reinigen sondern entsorgen!

Durchführung
und

Beobachtung:

Wir geben gruppenweise den brennbaren Stoff in das Reagenzglas. Dieses erhitzen wir in der rauschenden Flamme und halten den Reagenzglasrand kurz in die Brennerflamme.

In allen Fällen können wir das entweichende Gas anzünden. Manchmal stinkt es dabei und die Stoffe werden schwarz und teerig.

Ergebnis:

Bei brennbaren Stoffen brennt nur das entweichende Gas.

 

 

Fazit: Flammen sind brennende Gase!

 

 

Unser Lehrer ist zwar stolz auf uns, aber immer noch nicht zufrieden: Er dreht den Gashahn am Brenner auf und sagt: "Hier haben wir doch Gas. Warum brennt es nicht?"
 

Durchführung
und

Beobachtung:

Der Lehrer fuchtelt mit dem Gasanzünder weit über der Brenneröffnung und daneben herum. Die Funken aus dem Gasanzünder sprühen, aber das Gas entzündet sich an keiner der genannten Stellen. Auch auf dem Tisch unter halb des Brenners kann er das Gas nicht entzünden. Erst wenn die Funken in die Nähe der Brenneröffnung kommen entzündet sich das Gas.

Ergebnis:

Auch Erdgas lässt sich nur entzünden, wenn dessen Menge (besser: Konzentration) genügend groß ist.

 

Nun ist uns klar, dass Gas vorhanden sein muss. Aber wie entsteht das Gas, wenn der Stoff noch nicht brennt

 

2f. Entflammen von Leichtbenzin, Alkohol und Petroleum
   

Prinzip:

Kleine Portionen der Stoffe werden auf den Experimentiertisch gegossen und versucht anzuzünden.

Skizze:

entfällt


Film: A14G

Material:

Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder, Streichhölzer

Chemikalien:  

Leichtbenzin (Siedebereich 40-60°C), Alkohol (Ethanol) und Petroleum

Durchführung
und

Beobachtung:

1. Ein Mitschüler verteilt auf unserem Kacheltisch mit der Spritze 0,5 mL Leichtbenzin. Wir sehen schon, wie sich die Lache verkleinert weil das Benzin verdunstet. Wir entzünden es schnell mit einem Streichholz vom Rand her. Es entzündet sich bereits, wenn das brennende Streichholz ca. 20 cm entfernt ist. Es bildet sich eine eindrucksvolle Stichflamme, die weit über die Größe der Lache hinausgeht. Das Benzin brennt schnell ab.

2. Genauso geben wir mit der Spritze 0,5 mL Alkohol auf die Kacheln und zünden ihn an. Er entzündet sich erst, wenn das brennende Streichholz die Lache berührt.
3. Schließlich geben wir mit der Spritze 0,5 mL Petroleum auf den Kacheltisch und versuchen, es zu entzünden. Petroleum brennt fast gar nicht (nur kurze Zeit) bzw. nur dort, wo das Streichholz ist. Es bleibt Flüssigkeit übrig.

Ergebnis:

Die Stoffe lassen sich verschieden leicht entzünden, weil sich bei Zimmertemperatur unterschiedlich viel Dampf über der Flüssigkeit bildet. Wenn der Dampf brennt, verdampft die Hitze wieder Flüssigkeit usw.


2g. Warum ist die Farbe einer Flamme fast immer gelb
   

Prinzip:

a) Es wird ein Magnesiastäbchen oder ein kaltes Reagenzglas über eine Kerzenflamme gehalten

b) Es wird Ruß (Kohlestaub) in eine nichtleuchtende Flamme gestreut

Skizze:

entfällt

 

Material:

Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder, Reagenzglas, Spatel

Chemikalien:  

Kerze, Bernnergas

Durchführung
und

Beobachtung:

a) eine Kerze wird angezündet. Dann hält man quer ein Reagenzglas darüber, dass sie stark rußt und hält darüber einen Bunsenbrenner mit rauschender Flamme. Kommt der Ruß in die Flamme färbt sie sich sofort gelb.
Hält man das angeschwärzte Magnesiastäbchen in die rauschende Flamme wird es wieder weiß.
b) mit einem Spatel werden feine Kohlestaubteilchen in die rauschende (entleuchtete) Flamme eines schräg gestellten Brenners gestreut: Sie beginnt augenblicklich an den Stellen, wo Kohleteilchen hingelangen, zu leuchten.

Ergebnis:

Die Flamme färbt sich gelb, weil fast alle Brennstoffe Kohlenstoff enthalten: Wenn diese unvollständig (mit ungenügend Sauerstoff)verbrennen, dann glüht der entstehende Kohlenstoff in der Flamme auf. Auf dem Glühen beruht die gelbe Falmmenfarbe.

 

3. Die Zündtemperatur

Unser Lehrer ist immer noch nicht zufrieden: "Am Brennerkopf haben wir doch genügend Gas. Warum brennt es nicht von alleine?" Judith erinnerte ihn, dass wir schon in der Stunde davor festgestellt hatten, dass man einen Gasanzünder benötigt. Aber warum brannte das Wachs im Versuch 1, ohne das es angezündet wurde? Das muss irgendwas mit der Höhe der Temperatur zu tun haben. Wir wollen dies untersuchen an einem Stoff, der sich schon nur durch Reibung entzündet: an Streichhölzern

 

 

3a Bei welcher Temperatur entzündet sich ein Streichholz?  

Der Versuch gelingt so nicht mit Holz oder Papier im Reagenzglas !!



Film G19

 

 

3b. Wann entflammt Erdgas bzw. Feuerzeuggas?

 

3c. Kann man Papier mit einer Kerze entflammen? 

 
Film: A14K

Durchführung / Beobachtung:

Ein Teelicht wird unter einen Papiertrichter gestellt: Er geht in Flammen auf.
Beim zweiten Versuch ist der Papiertrichter mit Wasser gefüllt - Er lässt sich nun nicht mehr entflammen sondern man kann Wasser im Trichter warm machen.

Ergebnis:

Mit Wasser kann man Papier unter seinem Flammpunkt gekühlt halten.

 

Tabelle einiger Substanzen

Substanz Siedepunkt Flammpunkt (Selbstent-)Zündtemperatur
  [°C] [°C] [°C]
Wasserstoff  -253 465
Methan (Erdgas) -162  … 595
Acetylen (Schweißgas) -84 305
Propan (Feuerzeug) -42 470
Butan (Feuerzeug)     0 365
Aceton 56 -18 540
Methanol 65  11 455
Ethanol (Brennspiritus) 78 13 425
n-Heptan (ROZ=0) 98 -4 215
Isooctan, 2,2,4-Trimethylpentan (ROZ=100) 99 -12 410
Streichholzkopf     80-160
Zeitungspapier     175
Stroh     250-300
Holz     270-340
Wachs     400

4. Der brandfördernde Stoff

 4a. Ist die Menge des brandfördernden Stoffes wichtig?
  

Prinzip:

Zwei Teelichte werden unter unterschiedlich großen Bechergläsern gleichzeitig entzündet, um die Rolle der Umgebungsluft zu studieren

Skizze:

Material:

Schutzbrille, Becherglas 600 mL, Becherglas 250mL, Streichhölzer

Chemikalien:  

2 Teelichte

Durchführung
und

Beobachtung:

Die Teelichte werden angezündet und die Bechergläser darüber gestülpt.

Man kann beobachten, dass die Kerze unter dem kleinen Becherglas zuerst verlischt. Offensichtlich ist bei sonst gleichen Bedingungen im großen Becherglas mehr Luft vorhanden

Ergebnis:

Feuer ist nicht nur von der Masse des Brennstoffes, sondern auch von der Menge des brandfördernden Stoffes abhängig.

 

4b. Die Wirkung der Oberfläche für den brandfördernden Stoff

 
Film: A14M

Durchführung
und

Beobachtung:

In Versuch 2f brannte Petroleum eigentlich nur, wenn das Streichholz in der Nähe war. Nun sprühen wir das Petroleum mit einem Zerstäuber in die Brennerflamme: Es entsteht eine Stichflamme,

Ergebnis: Die Oberfläche wird durch das Zerstäuben so groß, dass sich genug Gas bildet ist und genügend Luftsauerstoff herankommt.

 

 

 4c. Brennender und brandfördernder Stoff als Gasgemisch

 
Film: A14N

Durchführung
und

Beobachtung:

In einem Automotor wird der brennbare Stoff gasförmig gemacht und mit Luft vermischt. Dies geschieht im Vergaser. Die Zündung erfolgt im Modellmotor

Ergebnis: Benzin-Luft-Gasgemische reagieren bei Zündung explosionsartig und können einen Kolben treiben.

 

4d Ist die Art des brandfördernden Stoffes wichtig?  Experimente mit Sauerstoff

Exkurs: pneumatisches Auffangen von Gasen
 

Prinzip:

In einen mit Wasser gefüllten Standzylinder wird ein Gas eingeleitet.

Skizze:

Material:

Pneumatische Wanne, Standzylinder, Gaseinleitungshilfe, Deckglas

Chemikalien:  

Gas (z.B. Sauerstoff)

Durchführung
und

Beobachtung:

Die pneumatische Wanne wird mit Wasser gefüllt und die Einleitungshilfe hinein gestellt. Dann wird der Standzylinder vollständig mit Wasser gefüllt und umgekehrt auf die Einleitungshilfe gestellt. Schließlich wird Gas eingeleitet.

Es steigt im Messzylinder hoch, bis dieser vollständig gefüllt ist. Zum Abschluss wird der Zylinder unter Wasser mit dem Deckglas verschlossen und aufrecht hingestellt.

Ergebnis:

Jedes wasserunlösliche Gas verdrängt auf Grund seiner viel kleineren Dichte das Wasser aus dem Standzylinder. Dieser kann so vollständig gefüllt werden. (Gasometer)

 

 Experimente mit reinem Sauerstoff

 

 
Film: A14H

Durchführung / Beobachtung:

Eine Kerze, .Eisenwolle und Holzwolle werden entzündet und in einen mit Sauerstoff gefüllten Standzylinder gehalten.

Ergebnis:

A  Kerze in Luft brennt normal     ---- in reinem Sauerstoff  viel heller

 

B Eisenwolle in Luft glüht normal ---- in reinem Sauerstoff heller

 

C Holzwolle in Luft brennt normal ---- in reinem Sauerstoff viel heftiger

          Glühende Holzwolle entzündet sich in reinem Sauerstoff

 

 

Mit der entflammenden Holzwolle haben wir einen schönen Test auf Sauerstoff gefunden. Wir füllen das zu testende Gas in ein Reagenzglas (Öffnung nach oben) und halten einen glimmenden Span hinein.
 

Glimmspanprobe

Hält man einen glimmenden Span in ein mit Gas gefülltes Reagenzglas und entflammt dieser, so ist Sauerstoff vorhanden.

 

Der Lehrer sagt: "Kerzenbrand kennt Ihr, auch das Holzwolle brennt aber- das Eisen brennt ist für die meisten von Euch neu. Wird nun das Eisen schwerer beim Erhitzen oder leichter?"

Wir stimmen ab. Alle sind dafür, dass es leichter wird.

De Lehrer: "Ist keiner von euch mutig?"

Wir: "Wieso, wir haben Ahnung!"


4e Wird Eisen beim Verbrennen schwerer? 

 

Prinzip:

Eisenwolle wird an einer Balkenwaage verbrannt und dabei gewogen.

Skizze:

Material:

Balkenwaage, Gasbrenner, Anzünder

Chemikalien:  

Eisenwolle

Durchführung
und

Beobachtung:

Die Eisenwolle wird an der Waage befestigt. Dann wird die Waage austariert. Erhitzt man die Eisenwolle mit dem Gasbrenner, so scheint die Waage auf der Eisenseite zunächst hochzugehen. Das Eisen glüht auf und die Farbe ändert sich von metallisch glänzend in schwarz. Die Schale senkt sich  immer mehr nach unten.

Ergebnis:

 Eisen wird beim Verbrennen schwerer

 

Schade, wir haben alle verloren.

Der Lehrer teilt uns mit, dass diese Reaktion ausgenutzt werden kann, um den Sauerstoffgehalt der Luft zu bestimmen. Dazu brauchen wir eine abgeschlossene Apparatur veränderlichen Volumens.
 

4f Wie viel Sauerstoff ist in der Luft?                                        AB A04

 


Film A04 

Ergebnis:

In der Luft befinden sich etwa 20% Sauerstoff

 

 

4g Spezialfall: Verbrennen von Wasserstoff mit Sauerstoff

Skizze:

Ergebnis:

A Wasserstoff in Seifenblasen brennt ruhig ab

B Wasserstoff mit Luft gemischt in Seifenblasen knallt beim Anzünden

C Wasserstoff mit Sauerstoff gemischt in Seifenblasen: Ein Riesenknall

 

Lehrer:"Das ist die Vorstufe zum Wasserstofftest: Die Knallgasprobe" (Reagenzglas Öffnung nach unten)

 

Knallgasprobe

Wenn man ein gasgefülltes Reagenzglas einer Flamme nähert und es eine kleine Explosion ( "Plop" bzw. "Puii") gibt, so handelt es sich bei dem Gas um Wasserstoff

 

Der brandfördernde Stoff kann nicht nur aus der Luft (oder aus der Gasflasche wie beim Schweißen) kommen sondern kann auch aus Stoffen freigesetzt werden.

 


4h Chemische Stoffe können Sauerstoff freisetzen: Gummibärcheninferno
 

Prinzip:

Gummibärchen sollen mit Sauerstoff auf Kaliumchlorat reagieren.

Skizze:


Film A14L

Material:

Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder, großes Reagenzglas, Stativ, Muffe, Greifklemme

Chemikalien:  

Gummibärchen, Kaliumchlorat

Durchführung
und

Beobachtung:

Raum abdunkeln! In einem ganz leicht schräg eingespannten Reagenzglas erhitzt man rund 10 g Kaliumchlorat bis zum Schmelzen. Unmittelbar danach gibt man das Gummibärchen hinzu, welches sofort unter heftigem Tanzen mit einer bläulichen Farbe verbrennt. Begleitet wird der Vorgang von einem kräftigen Brummen und Zischen.

Ergebnis:

Der aus dem Kaliumchlorat freigesetzte Sauerstoff reagiert mit der Gelatine des Gummibärchens unter Feuererscheinung. Die bei der Verbrennung entstehenden Gase reißen das Gummibärchen periodisch mit sich und verursachen so den Tanzeffekt

 

5. Die Kerze

5a. Die Rolle des Dochtes

Wie funktioniert eine Kerze bzw. Petroleumlampe

Das ist doch klar: "Es liegt nur am Docht!!"   ........aber...........

 

Skizze:  

Film: A14E

Durchführung
und

Beobachtung:

Brennprobe:              Der Docht brennt gar nicht richtig er glimmt nur.

Chromatographietest: Hält man den Docht z.B. in eine Kristallviolettlösung,
                             (besser: farbiges Lampenöl), so steigt die Flüssigkeit in
                              ihm  hoch. 

Ergebnis:

Petroleumlämpchen
Obwohl Petroleum alleine schlecht brennt, steigt es in dem Docht hoch und bietet am Ende durch seine Verästelungen der Luft eine größere Oberfläche. Beim Brennen wird der Docht kaum kürzer, der Brennstoff ist Petroleum.
Kerze

Durch das anzündende Streichholz wird Wachs zunächst verflüssigt. Das flüssige Wachs steigt wie das Petroleum im Docht hoch, wird durch die Streichholzflamme gasförmig und lässt sich mit dem Streichholz anzünden. Die Kerzenflamme übernimmt nun die Aufgabe des Streichholzes: Wachs flüssig machen, welches im Docht hochsteigt, gasförmig gemacht wird und dann brennt. Dies passiert immer wieder in einer Art Kreislauf.

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5b.Temperaturverteilung in einer Flamme

a. Qualitative Untersuchung der Temperaturverteilung

1. Ein Holzstäbchen wird mit den Zeigefingern der beiden Hände schnell von oben in den unteren Teil der rauschenden Brennerflamme gebracht und nach kurzer Zeit wieder hochgezogen.
Es sind zwei leicht verkohlte Streifen (vom Flammenrand) auf dem Holz zu sehen.

2. Ein Holzstäbchen wird wie bei 1. nur in den oberen Teil der Flamme gehalten.
Jetzt ist nur noch eine, dafür aber stark verkohlte Stelle auf dem Holz zu sehen.

   (Die Versuche 1 und 2 können auch mit einem Magnesiastäbchen zwischen den Zeigefingern durchgeführt werden. Dann hat man mehr Zeit und kann die heißesten Stellen durch helles Glühen des Stäbchens ausfindig machen) 

3. Ein Streichholz wird schnell mit dem Kopf in die Mitte des unteren blauen Kegels der rauschenden Flamme gebracht. Der Kopf entzündet sich nicht, wohl aber wird das Holz selber am Außensaum der Flamme angebrannt. Wartet man zu lange, wird der Kopf von der sich dort bildenden Flamme entzündet.

 

b. Quantitative Untersuchung der Temperaturverteilung
(Messwerte einschätzen - Wer misst, misst Mist!)

Mit einem (digitalen) Thermometer mit dem Drahtfühler (Vorsicht: die Isolierung nicht in der Flamme verschmoren) werden die einzelnen Flammenbereiche untersucht. Man findet im unteren Bereich der Flamme innen Temperaturen um 200-300°C, außen um 400-600°C; im oberen Bereich der Flamme bis über 1000°C.

 

Film G00

 

Das Bild ist entlehnt: http://www.betriebsfeuerwehr.ch/ausbildung/brandverhalten.htm


5c Was geschieht chemisch beim Brennen der Kerze?
Man spricht bei Kerzen oft von Paraffin-Wachs. Der Lehrer erklärt uns, das Paraffine sogenannte KW's sind. Sie sind aufgebaut aus Kohlenstoffen und Wasserstoffen.  Also testen wir dies. Die  Reaktions-produkte: Aus Kohlenstoff entsteht bei der Verbrennung Kohlenstoffdioxid (Kalkwasserprobe) aus Wasserstoff entsteht bei der Verbrennung mit Sauerstoff Diwasserstoffoxid, besser bekannt als Wasser (WATESMO-Probe).
 

Nachweis von Wasser und Kohlenstoffdioxid bei Verbrennungen

AB L01a

mit einer Kerze!


Film: L01a

5d. Wird die Kerze (incl. Produkte) beim Verbrennen leichter?

 

6. Löschen von Feuer

 

Feuer löschen ist nichts anderes als dafür zu sorgen, dass mindestens eine der drei Bedingungen für Feuer nicht erfüllt ist. 

                            1. genügend brennbarer Stoff
                           
2. genügend brandfördernder Stoff
                            3. Die Entzündungstemperatur muss erreicht sein

 

6a Das Feuerdreieck

Das Feuerdreieck ist ein Begriff der Feuerwehr aus dem Brandschutz

 


Brandklassen und Feuerlöscher

 

6b Beispiele für Feuerlöschen

a. Wenn man beim Brenner das Gas abdreht, ist Bedingung 1 (brennbarer Stoff) nicht mehr erfüllt

b. Wenn man ein Holzfeuer mit Wasser löscht, ist Bedingung 3 (Entzündungstemperatur muss erreicht sein) nicht mehr erfüllt.

c. Bei Waldbränden schlägt man vorher Schneisen (Zonen, in denen dann keine Bäume mehr stehen). Damit ist für das ankommende Feuer Bedingung 1 (brennbarer Stoff) nicht mehr erfüllt.

d. Ausblasen einer Kerze:  Die brennenden Dämpfe werden unter den Entzündungspunkt abgekühlt.
(Bedingung 3) Zusätzlich werden sie aber auch noch verweht. (Bedingung 1)

e. Ausdrücken einer Kerze: Abgesehen davon, dass man sich dabei die Finger verbrennen kann, ist der Grund fast derselbe wie beim Ausblasen. Der Docht wird dadurch extrem abgekühlt.

f. Wieso lassen sich Scherzkerzen nicht ausblasen?
In den Docht ist Magnesium verarbeitet, das nach dem Ausblasen der Flamme noch sehr heiß weiter glüht. Diese Temperatur (von mehr als 250 Grad) reicht aus, um die noch warmen Paraffin-Dämpfe wieder zu entzünden

 

 

 

6c. Feuerlöschen mit Kohlenstoffdioxid:

 

Prinzip

Kohlenstoffdioxide wird im Becherglas über eine Flamme gegossen.

Materialien

3 Bechergläser, 800 mL hohe Form                   Film: A05g

Chemikalien

2 Teelichte, Kohlenstoffdioxid (Stahlflasche)

Skizze

entfällt

Durchführung
und
Beobachtung:

Wir geben in zwei Bechergläser je ein angezündetes Teelicht und füllen das dritte Becherglas mit Kohlenstoffdioxid aus der Stahlflasche.
Nun "gießen" wir das Gas vorsichtig in eines der beiden Bechergläser.

Ergebnis:

Kohlenstoffdioxid löscht die Teelichtflamme.

6d Löschen von Benzinbränden

  Film: A14f

Durchführung
und

Beobachtung:

Leichtbenzin

Herr Diplom-Chemiker Dr. Franz Kappenberg versucht den Benzinbrand in einer Porzellanschale mit Wasser aus einer Spritzflasche zu löschen. Alles sieht ganz harmlos aus. Es funktioniert nicht.

Erklärung:

Es klappt nicht, weil das Benzin auf dem Wasser schwimmt und einfach weiter brennt.

 

Durchführung
und

Beobachtung:

Schwerbenzin/Öl

Schwerbenzin/Öl lässt sich nicht direkt in der Porzellanschale anzünden. Man muss es erst auf einem Dreifuß erhitzen, damit genügend brennbares Gas vorhanden ist. Als der Lehrer diesen Brand mit der Spritzflasche löschen will, gibt es eine 1- 2 Meter hohe Stichflamme und das Öl brennt weiter. Erst ein herbeigerufener Kollege kann mit einem Feuerlöscher (Kohlenstoffdioxid) den Brand löschen. Alle rufen Zugabe, Zugabe...

Erklärung:

Wenn man Wasser auf das brennende Öl (ca. 300 °C) schüttet, wird das Wasser zu Wasserdampf. Dabei vergrößert sich das Volumen um mehr als das 1000-fache. Das verdampfende Wasser reißt das Öl mit. Es kommt brennendes Öl an ganz vielen Stellen mit brand-fördernder Luft zusammen. Dadurch entsteht eine riesige Stichflamme.

Durch das darüber gesprühte Kohlenstoffdioxid ist Bedingung 2 (genügend brandfördernder Stoff - Luft) nicht mehr erfüllt.

 

    

 

6e Experimente mit der Kupferspirale

Durchführung
und

Beobachtung:

Wir sollen zunächst eine kalte Kupferspirale von oben in die Teelichtflamme halten. Danach sollen wir die Spirale in der Brennerflamme erhitzen und dann wieder in die Teelichtflamme halten.

Erklärung:

Die Flamme geht aus, weil die Spirale die kalte Metallspirale den Wachsdampf abkühlt (Bedingung 3), evtl. sogar kondensiert (Bedingung 1). Bei der heißen Spirale geschieht beides nicht.

 

   

6f Wer konstruiert den effektivsten Feuerlöscher?   Wir!

Unser Lehrer zeigt uns, wie man Kohlenstoffdioxid freisetzen kann.

In einem Becherglas wird zu Sodalösung etwas Salzsäure gegeben: Es sprudelt sehr stark.

 

Nun sind wir dran: Wir konstruieren den Feuerlöscher:

Material:       Standflasche, Stopfen, Winkelrohr, Spritze mit Nadel und Hahn , Porzellanschale mit Feuer
Chemikalien: Feuerlöscherlösung, Salzsäure

Zeichnung  

Wie der Feuerlöscher funktioniert

Wir geben mit der Spritze Salzsäure zur Lösung und verschließen den Hahn. Es entsteht CO2. Da das Gas nicht entweichen kann drückt es auf die Lösung. Diese spritzt aus der Flasche und löscht das Feuer.

Geben wir Spüli-Schaum in die Lösung passiert das Gleiche; aber wir haben nun einen Schaumlöscher.

 

 

7. Vermischtes

7a Quizfrage für Schlaue Köpfe: Welche Kerze erlischt zuerst?

 
Film: A14O

Durchführung / Beobachtung:

Zwei Kerzen werden in unterschiedlicher Höhe in einem Gurkenglas aufgebaut und entflammt. Dann wird das Glas mit dem Deckel verschlossen....

Ergebnis:

???

7b Feuerspucken
 
 
Film: A14P

Durchführung / Beobachtung:

Auch feste Stoffe können eine große Oberfläche haben, wenn sie klein genug sind.


7c Feuertornado
 
 
Film: A14Q

Durchführung / Beobachtung:

Durch Drehung des Metallgitters wird der Kamineffekt verstärkt.
(Leider sieht die Kamera die Lichtreflexionen am Metallnetz deutlicher als die Augen!)


7d. Feuerspirale
 
 
Film: A14R

Durchführung / Beobachtung:

Benzindampf sinkt im Schlauch herunter, bis er von einem Teelicht angezündet wird.....



  7e. Benzinexplosion im Filmdöschen

 
 
Film: A12

Durchführung / Beobachtung:

Benzin wir in einem kleinen Filmdöschen "vergast" und lässt sich mehrfach zünden.


  7f. Feuerzeuggas-Rakete

 
 
Film: A13

Durchführung / Beobachtung:

Ein Feuerzeuggas-Luft-Gemisch wird in einer Flasche gezündet. Der entstehende Druck presst das Wasser heraus. Durch diesen Rückstoß fliegt die Rakete besonders hoch in die Luft.