Explosionen + Explosionsschutz
Oder warum müssen Mitarbeiter der Feuerwehr so viel wissen.
- Mit freundlicher Unterstützung der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Paderborn werden hier einige Versuche vorgestellt.
Fotos: Uni Paderborn
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erhitzen eines Bügeleisens
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brennendes Eisenpulver
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brennende Eisenwolle
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Flammenwerfer Spraydose
nicht gerade ungefährlich
Pentan (Pentan ist eine farblose Flüssigkeit mit der Summenformel C5H12 und zählt zu den Alkanen)
In jedes der PE-Fläschchen unterschiedliche Mengen an Pentan geben, 20 μL, mehrere Tropfen aus einer Pasteurpipette) und mit dem Rührfisch durch Schütteln gut mit der Luft mischen. Danach PE-Fläschchen auf die Zündvorrichtung stecken und durch Zündkerzenfunken versuchen zu zünden. Erfolgreich (Flasche fliegt mit einem Knall nach oben weg) sollte der Versuch nur bei der Mischung sein, die 20 μL Tropfen Pentan enthält. Die anderen Gemische sind entweder zu „mager“ oder zu „fett“.
Foto: Uni Paderborn
Wandernder Feuerball
In den Trichter legt man auf die Watteauflage ausgezupfte Watte und gibt ca. 1 Pipette voll Pentan darauf. Am unteren Ende des Schlauches steht eine brennende Kerze. Nach einigen Minuten läuft ein Feuerball im Schlauch hinauf, der möglicherweise die Watte im Trichter entzündet. Alternativ kann die Watte entfernt werden, sobald das Pentan-Luft-Gemisch im Schlauch gezündet hat.
Drahtnetzversuch
Das Drahtnetz wird einige Zentimeter oberhalb des Brenners gehalten, aus dem nicht zu schwach Gas ausströmt. Über dem Drahtnetz können die Dämpfe entzündet werden, ohne das die Flamme das Drahtnetz durchdringt und die brennbare Atmosphäre unterhalb zündet. Zur Demonstration, dass wirklich keine Flamme unterhalb des Netzes brennt, hält man einen Streichholz in das ausströmende Gas und dann in die Flamme oberhalb des Drahtnetzes. Nur im letzten Fall entzündet sich das Streichholz. Die Zündtemperatur des Gasgemisches wird unterhalb des Drahtnetzes auf Grund der Wärmeleitung des Metalls nicht erreicht.
Kohlenwasserstoffexplosion (Davy-Lampe) (Sicherheitsgrubenlampe -mit einem engmaschiges Drahtgitter um die offene Flamme)
Auf den Boden der Explosionsapparatur Schießbaumwolle auslegen, wobei darauf zu achten ist, dass unterhalb des Standpunkts der Lampe in der Mitte keine Wolle liegt. Zuerst wird die Davy-Lampe mit Drahtnetz brennend in die Apparatur gestellt und Gas eingeleitet. Nach kurzer Zeit erlischt die Flamme, da das Propannas den Sauerstoff verdrängt hat. Nach dem Durchlüften der Apparatur wird die Davy-Lampe ohne Drahtnetz brennend in das Rohr gestellt und Gas eingeleitet. Wenn sich eine zündfähige Mischung eingestellt hat, kommt es zur Explosion. Zur Verstärkung dient die Schießbaumwolle.
Wasserstoffdose
Selbsteinstellung explosionsfähiger Gemische
Die Kaffeedose wird von unten mit Wasserstoff aus einem Schlauch befüllt, wobei das Loch oben auf der Dose zu verschließen ist. Es ist darauf zu achten, dass sich in der Dose eine reine Wasserstoffatmosphäre befindet. Die Dose wird schräg auf den Glasstab gestellt und nach dem Öffnen des kleinen Loches das ausströmende Gas sofort entzündet. Während der Verbrennung strömt von unten Luft in die Dose. Ist eine explosionsfähige Mischung erreicht, findet die Knallgasexplosion statt und die Dose fliegt mit einem lauten Knall weg.
Eisenblock, Eisenwolle, Eisenpulver, pyrophores Eisen
Zur Herstellung von pyrophorem Eisen erhitzt man Eisenoxalat in einem Reagenzglas, bis das gelbe Pulver komplett schwarz geworden ist. Das noch warme Reagenzglas wird luftdicht verschlossen.
Eisenblock – versuchen anzuzünden.
Eisenwolle – mit dem Brenner anzünden, glüht ein wenig auf
Eisenpulver – in die Flamme blasen, brennt unter Funkenerscheinung
Pyrophores Eisen – Reagenzglasinhalt auf eine feuerfeste Unterlage schütten, Funkenregen ohne Zündquelle.
Mehlstaubexplosion
Man demonstriert, dass es nicht möglich ist, eine Mehlanhäufung mit dem Brenner zu entzünden. Erst in fein verteiltem Zustand ist eine Entzündung/Explosion möglich. Dazu gibt man ca. 2 Teelöffel Bärlappsporen in einen kleinen Trichter, der mit einen kleinen Stück Watte nach unten hin abgedichtet wurde. Dieser Trichter befindet sich in der Mehlstaubexplosionsapparatur. Ebenfalls in dieser Apparatur steht eine brennende Kerze. Der Trichter wird mit einer aufgezogenen Luftpumpe verbunden. Vor der Verwirbelung der Bärlappsporen wird die obere Öffnung der Apparatur mit einer Pappe verschlossen. Für einen eindrucksvollen Effekt ist es wichtig, die Bärlappsporen mit einem kräftigen Luftstoß zu verwirbeln.
Foto: Uni Paderborn
Rauchgasexplosion
Rauchgasexplosionskammer auf einer feuerfesten Unterlage mit Holz anfeuern. Wenn die nach außen schlagenden Rauchgase brennen, wird die Kammeröffnung mit dem Metalldeckel verschlossen und ca. 10-20 s gewartet, bevor die Kammer wieder geöffnet wird. Beim Öffnen ist das Feuer wegen Sauerstoffmangels erloschen, aber durch Zutritt von Sauerstoff kommt es zur Rauchgasexplosion an Glutnestern im Holz.
Explosion etherischer Öle z. B. aus Mandarinen, Tannennadeln
Mandarinenschalen über einer Kerzenflamme ausdrücken bis kleine Blitze entstehen („Explosion“ etherischer Öle). Zur Demonstration des Abbrands etherischer Öle den Reinstoff (z. B. Orangenöl, Fichtennadelöl) in eine Flamme zerstäuben. Es entstehen große Feuerbälle
Zündquellen
In eine Metallschale legt man auf den Grund ein Papiertuch und schüttet einen Kegel aus Natriumperoxid auf. Diesen überschichtet man mit Reißwolfpapier oder feiner Holzwolle. Durch eine geringe Menge Wasser wird die Reaktion in Gang gesetzt, wobei der Inhalt der Schale mit oranger Flamme verbrennt.
Foto: Uni Paderborn
Feuer mit Eis/Wasser
Selbstentzündung durch Wasser
NH4NO3, NH4Cl und Zn-Staub auf einem Filterpapier miteinander mischen. Das Gemenge auf einen Eisblock schütten. Nach kurzer Zeit zündet die Mischung und verbrennt unter Feuererscheinung.
Schlagfeuerzeug
Kaliumchlorat und trockenen roten Phosphor vorsichtig mit einem Holzstäbchen vermischen. Die Mischung auf einem Filterpapier auf einer Metallplatte zu einem kleinen Kegel aufschütten und mit einem weiteren Filterpapier bedecken. Ein (kräftiger) Schlag mit einem Hammer zündet die Mischung mit einem lauten Knall.
Dabei können Teile der Mischung brennend weggeschleudert werden.
Selbst-(Wieder-)entzündung von Kerzenwachs
Nur der Wachsdampf brennt, Löschmethoden
Das Wachs im Porzellantiegel solange erhitzen, bis der Zündpunkt überschritten ist und der Dampf von selbst zündet. Löschversuche durch Abdecken der Schale.
Feuer – Die schönen Seiten
Charakteristisches Linienspektrum von Elementen
Man löst die Salze in Methanol und etwas Wasser und füllt die Lösung in die Zerstäuberflaschen ab. Bei der Vorführung sprüht man die Lösung in eine nicht leuchtende Flamme eine Brenners. Die emittierten Farben entsprechenden den Linienspektren der verwendeten Metallatome.
Rubensrohr (ein mit Löchern versehenes Rohr)
Schallausbreitung in Gasen (Druckschwankungen)
Man lässt von einer Seite das Gas in das Rohr einströmen und entzündet es auf der gesamten Länge. Wird eine Sinusfrequenz an den Lautsprecher an der gegenüberliegenden Seite angelegt, so wird die Schallwelle in Form von mehr oder weniger hoch brennenden Flammen abgebildet. Die Wellenberge und –täler verschieben sich entsprechend frequenzabhängig. Auch die Abbildung von rhythmischer Musik ist möglich.
Essbare Schokokerze
„Brennwert“ von Schokolade
Schokoladentafeln mit Schokoladendocht (eingelegter Baumwollfaden)
Man kann die Kerzen am Docht anzünden und sie brennen durch den Fettgehalt der Schokolade weiter.
Abbrandverhalten
Schwarzpulverschnur (offen/gedeckt)
Unterschiedliches Abbrandverhalten abhängig von der Verpackung, Selbstbeschleunigung
Man hält ein Stück Anzündlitze mit einer Tiegelzange fest und entzündet am unteren Ende. Die Geschwindigkeit des Abbrand lässt sich gut verfolgen. Im zweiten Versuchsteil verwendet man ein Stück Stoppine, dessen eine Hälfte gedeckt und die andere Hälfte von Papier befreit ist. Den papierbedeckten Teil befestigt man in der Abbrandapparatur (zur Verweidung von umherfliegenden Teilen) und entzündet am unteren papierfreien Teil. Tritt die Flamme in die Papierhülse ein, schlägt das Feuer fast verzögerungsfrei bis zum Ende der Stoppine durch.
Oxidationsmittel, pyrot. Mischungen
Hölle des Gummibären
Wirkung von Oxidationsmitteln
In einem größeren Reagenzglas schmilzt man eine für die Größe des Gummibärchens ausreichende Menge Kaliumchlorat. Danach entfernt man den Brenner. In die Schmelze gibt man mit einer Tiegelzange das Gummibärchen. Ohne es anzuzünden, verbrennt es bei Berührung mit der Schmelze mit einer hellen Leuchterscheinung und heftig zischendem Geräusch.
Seenotfackel
Feuer unter Wasser, pyrotechnische Sätze sind von äußeren Umgebungsbedingungen unabhängig
Seenotfackel
Mit dem Reißzünder entflammt man die Handfackel gemäß Gebrauchsanleitung. Ist der Verzögerungssatz durchgebrannt und die Fackel steht in „vollen Flammen“, taucht man diese mit der brennenden Öffnung nach unten in das wassergefüllte Aquarium.
Sie verlöscht nicht.
Löschmethoden
Löschen von Kerzen mit CO2
Drei Kerzen unterschiedlicher Höhe auf dem Boden eines Aquariums befestigen und anzünden. Dann aus dem Standzylinder langsam CO2 in das Aquarium gießen, bis alle Kerzen erloschen sind.
Der Standzylinder ist entweder vorher in CO2-Gas zu füllen oder alternativ kann ein Stück Trockeneis hineingeworfen werden, wobei zu warten ist, bis genügend CO2 in die Gasphase übergegangen ist.
Feuer in fl. Stickstoff - Löschen durch Abkühlen
Löschen durch Abkühlen – Nicht nur die Temperatur ist entscheidend
Je ein großes Reagenzglas mit Wasser und fl. N2 füllen. In beide Reagenzgläser werden eine Wunderkerze und Zündschnur brennend eingetaucht. In fl. N2 brennen die Gegenstände weiter. In Wasser verlöschen sie. Das Wasser entzieht dem Brand aufgrund der höheren Wärmekapazität mehr Energie als der deutlich kältere fl. N2. Deshalb verlöscht das Feuer in einem Fall.
Foto: Uni Paderborn
Mg-Brand mit Wasser „löschen“
Mg-Späne auf das Sandbett geben und anzünden. Bei Weißglut Wasserbombe fernzünden. Das Wasser führt zu einer heftigen Reaktion, bei der auch weißglühendes Mg aus dem Behälter geschleudert wird.
Mg-Feuer im Eis
Leichtmetallbrände sind nur schwer zu löschen.
In einen Trockeneisblock eine kleine Vertiefung einmeißeln. Mg-Späne einfüllen und anzünden. Dann einen zweiten Trockeneisblock auf den anderen stellen. Das Feuer brennt im inneren weiter und lässt den Block in einem grell weißen Licht erstrahlen. Leichtmetalle reagieren mit Löschmitteln wie Wasser, CO2, N2.
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Stickstoffkanone
Schießen mit tiefkalten Gasen / ohne Treibladungspulver
Brände ausblasen mittels Druckwellen
Man gießt etwas fl. Stickstoff in die Stickstoffpatrone und verschließt so fest wie möglich mit dem entsprechenden Deckel, in den zuvor eine Gummimembran gelegt wurde. Danach wird die Patrone schnell in die Kanone überführt und das Schussmaterial (Luftschlangen/Konfetti) wird ebenfalls in die Kanone gegeben. Nach ca. 10-15 sek. Verzögerung platzt die Gummimembran und mit einem lauten Knall fliegt die Füllung aus der Kanone.
Hinweis: Von der Verwendung von harten Gegenständen als Schussgut (Bonbons, Kugeln, Nüssen) wird dringend abgeraten, da diese Gegenstände zu Geschossen werden und evtl. zu ernsten Personenschäden führen können.
Alternativ: Kerzen Löschen mit der Druckwelle
Foto: Uni Paderborn
Fettbrand mit Wasser „löschen“
Löschversuche eines Fettbrands; Wasser ist nicht für alle Brände ein geeignetes Löschmittel
Man gibt etwas Petrolether in eine kleine Kristallisierschale und stellt diese in eine deutlich größere Kristallisierschale. Der Petrolether wird entzündet. In die Flamme wird mit einer Spritzflasche aus einiger Entfernung Wasser gesprüht. Der Brand wird heftiger und breitet sich in der großen Kristallisierschale aus. Selbst die Zugabe weiteren Wassers führt nicht zu einem Verlöschen der Flammen. Eine sichere Löschmethode ist das Unterbrechen der Sauerstoffzufuhr durch Abdecken des Brandherdes.
Für die Realisierung und Tests von Experimenten (besonders im pyrot. Bereich) bedanken wir uns insbesondere bei der Firma
ignis-Zündtechnik Paderborn.
Quelle:
- Dr. Andreas Hoischen
- Universität Paderborn
- Fakultät für Naturwissenschaften
- Physikalische Chemie
- Warburger Straße 100
- 33098 Paderborn
