Versuch 47: Farbiges Feuer - Einleitung

Buntes Feuerwerk ist schön anzusehen. Die Farbenpracht im Feuerwerk hat einen simplen chemischen Hintergrund - die Flammenfärbung. Einige chemische Elemente zeigen in der Flamme, oder allgemeiner bei energetischer Anregung, eine charakteristische Farbe.

Warum ist beispielsweise die Kerzenflamme an einigen Stellen blau und an anderen gelb? An den Stellen die wir gelb wahrnehmen werden Kohlenstoffatome durch die Energie der Verbrennung angeregt und geben Licht im Spektrum mittlerer Wellenlänge ab, das uns gelb erscheint. Wie der Kohlenstoff des Kerzenwachses oder anderen Feuerquellen, so zeigen auch Metalle bei Anregung durch Energie eine deutliche Farberscheinung, die je nach Stoff ganz andere Bereiche des Lichtspektrums abdeckt.

Zu Hause kann man das selber beobachten: man raue einen Kupferdraht mit Schmirgelpapier auf und halte ihn in eine Kerzenflamme. Um die Wärmeleitfähigkeit an den Fingern vernachlässigen zu können, nehme man noch einen Korken in den man den Kupferdraht steckt. In der Flamme zeigt sich grüne Färbung, die nur vom Kupfer stammen kann.

Angeregte Kupferatome geben Licht im Bereich grüner Farbe ab. So hat jedes Element eigene Bereiche im Lichtspektrum, die sich auch in Verbindungen zeigen können. Bestaunen kann man so Barium-, Aluminium-, Strontium- oder Kaliumverbindungen, die, angeregt, den Sylvesterhimmel erhellen.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Im Abzug arbeiten! Gesundheitsschädlich Reizend Brandfördernd Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln.

Chemikalien

  • Strontiumnitrat
  • Kohlepulver
  • Schwefelblüte
  • Kaliumchlorat
  • Bariumnitrat

Materialien

  • Papier
  • feuerfeste Keramikplatte
  • Wunderkerze
  • Waage
  • Uhrgläser

Durchführung

Man wiegt folgende Mengen für ein Reaktionsgemisch ab:

0.3g Kohlepulver, 3.2g Schwefelblüte, 6.3g Kaliumchlorat, 7.5g Strontiumnitrat.

Strontiumnitrat färbt die Flamme bei der Reaktion rot. Anstatt des Strontiumnitrats kann auch 7.5g Bariumnitrat für eine grüne Färbung verwendet werden. Kaliumnitrat gibt der Flamme eine blau-violette Farbe.

Die abgewogenen Mengen häuft man nun auf ein Blatt Papier und mischt sie, indem man das Papier vorsichtig hin und her bewegt. Diese Mischung schüttet man zu einem Kegel auf einer feuerfesten Keramikplatte im Abzug.

In den Kegel legt man eine Wunderkerze, die als Zündschnur für die Mischung fungiert. Die Wunderkerze wird zu Versuchsbeginn entzündet.

Entsorgung

Feste Rückstände werden in Wasser gelöst und Natriumcarbonat hinzu gegeben. Die Lösung wird verrührt und filtriert. Das Filtrat wird in einen Sammelbehälter für feste Schwermetalle gegeben und die Lösung in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

Die Mischung verbrennt in hell leuchtender roter oder grüner Flamme. Das Kaliumchlorat und die Nitrate sind starke Oxidationsmittel, d.h. sie oxidieren andere Stoffe. In diesem Fall den Schwefel und den Kohlenstoff.

Sauerstoff aus den Oxidationsmitteln geht dabei auf die beiden über. Es entstehen Schwefeldioxid und Kohlenstoffdioxid. Übrig bleiben Chloride und Oxide. Die hohen Temperaturen bei der Reaktion sorgen für einen weiteren Zerfall der Oxidationsmittel bei dem Sauerstoff frei wird, der die Reaktion zusätzlich unterhält. Es lassen sich also verschiedene Einzelreaktionen festhalten:

Zerfall der Oxidationsmittel:

2KClO3 → KClO4 + KCl + O2

2KClO3 → 2KCl + 3O2 (ab 500°C)

2Ba(NO3)2 → 2BaO + 2N2 + 5O2

Oxidationsreaktionen:

C + O2 → CO2

2KClO3 + 3C → 2KCl + 3CO2

S + O2 → SO2

2KClO3 + 3S → 2KCl + 3SO2

Bei der Reaktion wird so viel Energie frei, dass Elektronen in äußeren Bahnen des Strontiums bzw. Bariums angeregt werden und auf ein höheres Energieniveau gelangen. Sie kehren schnell auf ihre alten Bahnen zurück und geben dabei Licht in einer bestimmten Wellenlänge ab, das wir als typische Farbe (hier rot und grün) erkennen.

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Hinweise

Der Versuch muss im geschlossenen Abzug durchgeführt werden, da giftiges Schwefeldioxid bei der Reaktion frei wird. Das Reaktionsgemisch darf auf keinen Fall in einem Mörser verrieben werden. Es besteht Explosionsgefahr!

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Farbiges Feuer

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NEU

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