Oxidierende und explosive Stoffe    
 

Stoffe	Kaliumchlorat, roter Phosphor
Geräte	Reibschale mit Pistill
	Der Einsatz von Versuchen mit Sprengstoffen ist stark eingeschränkt (vgl. Chemikalienrecht)! Schutzbrille tragen! Man sollte unbedingt Schutzhandschuhe aus Leder und einen Gehörschutz tragen! Versuchsvorschrift genau einhalten!

 
 
Unterrichtsablauf
 
 
Das Symbol "Flamme über Kreis" ist den Schülern weniger bekannt. Oxidierende Stoffe alleine sind in der Regel relativ harmlos, wenn sie nicht mit brennbaren Stoffen vermischt werden. Die Wirkung eines oxidierenden Stoffes wird anhand eines Experiments verdeutlicht: Es wird gezeigt, dass die Vermischung von brennbaren Stoffen mit oxidierenden Stoffen gefährlich sein kann. Die Hinweise zu Kaliumchlorat und die entsprechenden Sicherheitsdatenblätter müssen unbedingt gelesen werden.
 
Man zerreibt in einer größeren und sauberen Reibschale mit dem Pistill eine Spatelspitze 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, Ohrenschutz!). Unter lautem Knattern sind kleine Explosionen hörbar. Gelegentlich finden auch kräftige, pistolenschussartige Detonationen statt, wenn man mit dem Pistill darauf schlägt. Alternativ dazu empfiehlt sich der Einsatz eines Filmes.
   

Kaliumchlorat und roter Phosphor     Das Vermischen von wenigen Milligramm der beiden Stoffe...

Explosion beim Berühren mit dem Spatel     ...kann schon zu schweren Verbrennungen führen..

  Die Demonstration ist an Schulen nur für erfahrene Fachkräfte geeignet. Film erhältlich auf >DVD  
 
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 in der Vergangenheit immer wieder aufgetreten, dabei spielte vor allem die Unwissenheit über das Gefahrenpotantial die entscheidende Rolle. Der Gesetzgeber verbietet übrigens Experimente mit Explosivstoffen (rechtlicher Hinweis). Der Stoff ist sehr schwer handzuhaben: Bei der erstmaligen Herstellung des Sprengstoffs Ende des 19. Jahrhunderts kamen schon am ersten Tag mehrere Arbeiter ums Leben.
  
 
Die Durchführung von Versuchen mit Explosivstoffen in der Schule ist aufgrund des Gefahrenpotentials und der bestehenden Gesetze stark beschränkt. Bei Demonstrationen mit Sprengstoffen wird man auf Filme zurückgreifen müssen. Der früher beschriebene Versuch zur Herstellung von Blitzlichtpulver aus Kaliumpermanganat und Magnesiumpulver wird heute für Schulen nicht mehr empfohlen. Es entstehen dabei sehr toxische Nebenprodukte. Das Gemisch diente lange Zeit als Lichtquelle beim Fotografieren.
 
 

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  Kaliumpermanganat reagiert heftig mit Magnesiumpulver.   Film erhältlich auf >DVD  
 
Das Herstellen und Abbrennen von Schwarzpulver ist zwar nicht so problematisch wie die Herstellung von anderen Explosivstoffen, allerdings wird auch hier der Einsatz eines Filmes empfohlen. Schwarzpulver ist nicht so stark reibungsempfindlich, daher kann man es besser handhaben. Allerdings kann es sich schon durch einen Zündfunken aus statischer Aufladung entzünden, beispielsweise durch Reibung von Haut an Kleidungsstücken. Ein Abbrennen in einem geschlossenen Behälter ist sehr gefährlich, da sich hier ein großer Überdruck aufbaut. Informationen zur Geschichte des Schießpulvers findet man beim Chemikalienportrait Kaliumnitrat.
 
        Schwarzpulver brennt mit einer großen Stichflamme ab.    Film erhältlich auf >DVD  
 
Während Schwarzpulver unter Bildung von großen Gasmengen eher langsam abbrennt, detonieren Chloratsprengstoffe wie "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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Einer der stärksten bekannten Explosivstoffe 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 wie Bleiazid notwendig. Heute verwendet man dazu Detonationszünder mit hohem Sicherheitsstandard (siehe Ammoniumnitrat).
 
Von einer Verpuffung spricht man, wenn die Abbrenngeschwindigkeit nicht mehr als 1 Meter pro Sekunde beträgt. Bei Geschwindigkeiten von 1m/s bis 1000m/s handelt sich um eine Explosion. Bei Detonationen mit Geschwindigkeiten von 1000 m/s bis 10000 m/s wird ein sehr hoher Druck von bis zu 500 Kilobar erreicht. Gegenstände, die unmittelbar neben einem solchen Explosivstoff anliegen, können daher vollständig zerstört und pulverisiert werden.
 
      Bei der Detonation von Bleiazid entsteht eine Druckwelle.    Film erhältlich auf >DVD  
 
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 (vgl. Chemikalienrecht).
 
 

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