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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."
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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
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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
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Prinzip: |
Es wird ein Reagenzglas mit erhitztem Wachs
in kaltes Wasser gehalten. |
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Skizze: |
entfällt |
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 Film:
A14A |
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Material: |
Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder,
Reagenzglas, Reagenzglashalter Spatel, Becherglas, 600 mL |
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Chemikalien: |
Kerze(nwachs), Leitungswasser |
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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.
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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?
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Prinzip: |
Wachs wird auf dem Magnetrührer erhitzt und
versucht anzuzünden. |
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Skizze: |
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Film: A14B |
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Material: |
Magnetrührer, Schutzbrille, Spatel |
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Chemikalien: |
Kerze(nwachs) im Teelichtbecher,
Streichhölzer |
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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.
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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
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Prinzip: |
Wachs wird im Reagenzglas erhitzt und
versucht dieses anzuzünden. |
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Skizze: |
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Film: A14D |
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Material: |
Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder,
Reagenzglas, Stativ, Muffe, Greifklemme |
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Chemikalien: |
Kerze(nwachs) |
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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.
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Ergebnis: |
Es brennt nur
gasförmiges Wachs. |
2c. Entflammen von
unverbrannten Wachsgas
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Skizze: |
Film: A14C |
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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)
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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?
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Prinzip: |
Brennbare Stoffe werden im Reagenzglas
erhitzt und versucht anzuzünden. |
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Skizze: |
wie bei Versuch 2a |
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Material: |
wie bei Versuch 2a |
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Chemikalien: |
Holz (Schaschlik-Spieße), Papier, Alkohol
usw. |
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Hinweis: |
VORSICHT: Bei der eintretenden
Verkohlung können giftige und kanzerogene Stoffe entstehen!
ABZUG!
Reagenzglas anschließend nicht reinigen sondern entsorgen! |
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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. |
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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?"
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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. |
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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. |
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Skizze: |
entfällt |
Film: A14G |
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Material: |
Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder,
Streichhölzer |
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Chemikalien: |
Leichtbenzin (Siedebereich 40-60°C),
Alkohol (Ethanol) und Petroleum |
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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. |
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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
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Prinzip: |
a) Es wird ein Magnesiastäbchen oder ein
kaltes Reagenzglas über eine Kerzenflamme gehalten
b) Es wird Ruß (Kohlestaub) in eine nichtleuchtende Flamme
gestreut |
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Skizze: |
entfällt |
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Material: |
Schutzbrille, Bunsenbrenner, Gasanzünder,
Reagenzglas, Spatel |
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Chemikalien: |
Kerze, Bernnergas |
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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. |
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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?
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Film: A14K |
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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 |
|
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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: |
|
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Material: |
Schutzbrille, Becherglas 600 mL, Becherglas
250mL, Streichhölzer |
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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
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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, |
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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
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Film: A14N |
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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 |
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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
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Prinzip: |
In einen mit Wasser gefüllten Standzylinder
wird ein Gas eingeleitet. |
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Skizze: |
 |
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Material: |
Pneumatische Wanne, Standzylinder,
Gaseinleitungshilfe, Deckglas |
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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. |
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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
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Film: A14H |
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Durchführung / Beobachtung: |
Eine Kerze, .Eisenwolle und Holzwolle
werden entzündet und in einen mit Sauerstoff gefüllten
Standzylinder gehalten. |
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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.
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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?
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Prinzip: |
Eisenwolle wird an einer Balkenwaage
verbrannt und dabei gewogen. |
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Skizze: |
 |
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Material: |
Balkenwaage, Gasbrenner, Anzünder |
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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.
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Ergebnis: |
In der Luft befinden sich etwa 20%
Sauerstoff |
4g Spezialfall: Verbrennen von Wasserstoff mit Sauerstoff
|
Skizze: |
|
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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
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Prinzip: |
Gummibärchen sollen mit Sauerstoff auf
Kaliumchlorat reagieren. |
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Skizze: |
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Film A14L |
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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. |
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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...........
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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.
|
<
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.
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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
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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).
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Nachweis von Wasser und Kohlenstoffdioxid bei Verbrennungen
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AB L01a
mit einer Kerze!
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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:
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Prinzip
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Kohlenstoffdioxide
wird im Becherglas über eine Flamme gegossen.
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Materialien
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3 Bechergläser, 800 mL hohe Form
Film: A05g
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Chemikalien
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2 Teelichte, Kohlenstoffdioxid (Stahlflasche)
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Skizze
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entfällt
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Durchführung
und
Beobachtung:
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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.
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Ergebnis:
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Kohlenstoffdioxid löscht die Teelichtflamme.
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6d Löschen von Benzinbränden
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Film: A14f |
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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. |
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Erklärung: |
Es klappt nicht,
weil das Benzin auf dem Wasser schwimmt und einfach weiter
brennt. |
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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... |
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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
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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. |
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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?
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Film: A14O |
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Durchführung / Beobachtung: |
Zwei Kerzen werden in unterschiedlicher
Höhe in einem Gurkenglas aufgebaut und entflammt. Dann wird das
Glas mit dem Deckel verschlossen.... |
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Ergebnis: |
??? |
7b Feuerspucken
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Film: A14P |
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Durchführung / Beobachtung: |
Auch feste Stoffe können eine große
Oberfläche haben, wenn sie klein genug sind. |
7c Feuertornado
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Film: A14Q |
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Durchführung / Beobachtung: |
Durch Drehung des Metallgitters wird der
Kamineffekt verstärkt.
(Leider sieht die Kamera die
Lichtreflexionen am Metallnetz deutlicher als die Augen!) |
7d. Feuerspirale
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Film: A14R |
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Durchführung / Beobachtung: |
Benzindampf sinkt im Schlauch herunter, bis
er von einem Teelicht angezündet wird..... |
7e.
Benzinexplosion im Filmdöschen
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Film: A12 |
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Durchführung / Beobachtung: |
Benzin wir in einem kleinen Filmdöschen
"vergast" und lässt sich mehrfach zünden. |
7f. Feuerzeuggas-Rakete
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Film: A13 |
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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. |
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