Gefahrstoffe

Brandfördernde und explosive Stoffe

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Stoffe:	Kaliumpermanganat, Magnesiumpulver, Kaliumchlorat, roter Phosphor
Geräte:	Dreifuß, Keramikfließe, Wunderkerze, Reagenzglas (30x200mm), Löffel, Reibschale mit Pistill
	Die Versuche dürfen nur von Fachpersonal durchgeführt werden! Schutzbrille tragen! Versuch 1 darf nur im Abzug durchgeführt werden, bei Versuch 2 sollte man unbedingt Schutzhandschuhe aus Leder tragen! Versuchsvorschrift genau einhalten! Kaliumchlorat oder Mischungen von brandfördernden Stoffen mit brennbaren Stoffen dürfen in einer Reibschale nicht zerrieben werden, Explosionsgefahr!

Didaktische Bemerkungen:
Die Durchführung von Versuchen in der Schule zu diesem Thema ist aufgrund des Gefahrenpotentials stark beschränkt. Im folgenden finden Sie zwei klassische Versuche, die in fast allen Experimentierbüchern für den Chemieunterricht seit langem beschrieben werden.

Das brandfördernd-Symbol ist den Schülern weniger bekannt. Brandfördernde Stoffe alleine sind in der Regel relativ harmlos, wenn sie nicht mit brennbaren Stoffen vermischt werden. Dies kann durch das Erhitzen einer Spatelspitze Kaliumpermanganat gezeigt werden. Die Wirkung eines brandfördernden Stoffes wird am besten anhand eines Experiments verdeutlicht:

In einer Reibschale wird ein Teelöffel voll trockenes und sauberes Kaliumpermanganat fein zermahlen. Dann gibt man das Produkt in ein großes Reagenzglas (d=3cm) und fügt dieselbe Menge Magnesiumpulver hinzu. Dabei ist zu beachten, dass auf das Gemisch keine Reibung ausgeübt wird und keine Feuchtigkeit vorhanden ist. Nach vorsichtigem Vermischen des brennbaren Stoffs (Magnesium) mit dem brandfördernden Stoff (Kaliumpermanganat) häuft man das Gemisch auf eine Keramikfließe, die auf einem Dreifuß liegt. Von der Seite wird eine Wunderkerze in das Gemisch gesteckt. Die Reaktion sollte in einem Abzug durchgeführt werden, da eventuell giftige Produkte entstehen.

Reaktion von Kaliumpermanganat mit Magnesiumpulver

Das Gemisch verpufft mit einem sehr hellen Lichtblitz. Früher wurde dieses Gemisch (auch mit Aluminiumpulver) als "Blitzlichtpulver" verwendet.

In einem weiteren Versuch wird gezeigt, dass die Vermischung von brennbaren Stoffen mit brandfördernden Stoffen noch gefährlicher sein kann. Lesen Sie dazu unbedingt die Hinweise zu Kaliumchlorat! Man zerreibt in einer größeren und sauberen Reibschale mit dem Pistill einen Spatel Phosphor, so dass der Boden und der Pistill vom Phosphor rot gefärbt ist. Dann gibt man eine Spatelspitze Kaliumchlorat in die Reibschale und zerreibt die Kriställchen mit dem Pistill (Schutzhandschuhe, Schutzbrille!). Unter lautem Knattern sind kleine Explosionen hörbar. Gelegentlich finden auch kräftige, pistolenschussartige Detonationen statt, z.B. wenn man mit dem Pistill darauf schlägt.

Diese Demonstration ist besonders eindrücklich, wenn die Schüler ergänzende Informationen über das Gefahrenpotential des Kaliumchlorats erhalten. Die Gemische sind aus den Patronen für Spielzeugpistolen bekannt. Gemische von Kaliumchlorat mit rotem Phosphor explodieren bereits durch Schlag und Reibung. Sie sind so berührungsempfindlich, dass es schwer fällt, sie ohne vorzeitige Explosion herzustellen. Daher ist von einer direkten Herstellung dringend abzuraten. Bei Mengen von mehreren Gramm besteht bereits die Gefahr, dass ein Finger oder die Hand verloren geht. Derartige Unfälle in den Labors von Hobbychemikern sind heute glücklicherweise seltener zu beobachten, da das kaliumchlorathaltige Unkrautvernichtungsmittel "Unkraut Ex" nicht mehr auf dem Markt ist. Bei der erstmaligen Herstellung des Sprengstoffs Ende des 19. Jahrhunderts kamen schon am ersten Tag mehrere Arbeiter ums Leben.

Film: Abbrennen von 10 Gramm Schwarzpulver (Kamera: Erik Schilling)

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Während Schwarzpulver unter Bildung von großen Gasmengen relativ langsam verbrennt, detonieren Chloratsprengstoffe (z.B. Chloratit 3) mit der zehnfachen Detonationsgeschwindigkeit. Der Knall bei einem Silvesterkracher wird nicht durch das Abbrennen des Schwarzpulvers erzeugt, sondern durch den beengten Papierbehälter, der das Ausbreiten der Gase verhindert, wobei ein Überdruck und eine Stoßwelle entsteht. Bei einem stärkeren Sprengstoff knallt es auch ohne Behälter, da die entstehende Stoßwelle auch ohne Behälter die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Die Grafik vergleicht die Detonationsgeschwindigkeit bekannter Explosivstoffe.

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Der stärkste momentan bekannte Explosivstoff ist das im Jahre 1990 entdeckte Hexanitro-Isowurtzitan (CL20) mit einer Detonationsgeschwindigkeit von 9,38 Kilometern pro Sekunde, das entspricht etwa der dreißigfachen Schallgeschwindigkeit. Manche Sprengstoffe wie das in den Handgranaten enthaltene TNT oder das von Alfred Nobel erfundene Dynamit können relativ gefahrlos gelagert werden, man kann sie sogar in das Feuer werfen, ohne dass sie explodieren. Zur Zündung ist ein Initialprengstoff notwendig, z.B. Bleiazid. Im Airbag des Autos wird ein Gemisch aus Natriumnitrat und amorphem Bor mit Hilfe von Bleiazid zur Explosion gebracht, so dass große Mengen an Stickstoff innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde frei werden und den Airbag bei einem Unfall aufblasen.

Die Schüler werden darauf hingewiesen, dass der Erwerb, die eigene Herstellung und die Lagerung von Explosivstoffen und von pyrotechnischen Artikeln genehmigungspflichtig ist. Gesetzlich wird der Umgang mit Explosivstoffen durch Sprengstoffgesetze geregelt, Zuwiderhandlungen werden in Deutschland relativ streng bestraft.

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