Quelltext der Seite Anorganische Chemie für Schüler/ Erforschen des Verbrennungsvorgangs

== Erforschung des Verbrennungsvorgangs: Vereinigung oder Zersetzung? ==
Die Verbrennung von Brennstoffen ist ein chemischer Vorgang, der für die Menschheit schon immer einer der wichtigsten war. Erst durch die Entdeckung des Feuers konnte eine Zivilisation sich entwickeln. Auf den folgenden Seiten wirst Du viel Neues über das Feuer (welches ja im Altertum noch als Stoff, sogar als Element verstanden wurde) und den Verbrennungsvorgang lernen. Zuerst beschäftigen wir uns mit der Frage, ob eine Verbrennung eine Vereinigung oder eine Zersetzung ist. Dazu schauen wir uns die Masse vor und nach der Reaktion an und ziehen Schlussfolgerungen.

Würde man die Masse bei einer Verbrennung untersuchen, so wären drei theoretische Ergebnisse denkbar:

'''Massenzunahme → Vereinigung'''

'''Massenabnahme → Zersetzung'''

'''Keine Massenänderung → Verbrennung ist keine chemische Reaktion'''

Schüler vermuten hier vieles… Es ist ja auch verwirrend, denn eine Kerze und ein Grillfeuer verlieren doch Masse, oder?

== Verbrennung von Stahlwolle auf einer Balkenwaage ==
{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}}

[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs1.svg|rechts|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs1]]

Stahlwolle wird an eine Balkenwaage gehängt und mit dem Brenner entzündet. Als Alternative kann die Stahlwolle auch mit einer 4,5&nbsp;V Batterie entzündet werden.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}} Die Seite mit der Stahlwolle wird schwerer. (Zuerst wird die Seite mit der Stahlwolle vielleicht leichter, dann deutlich schwerer.)

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}} Die Verbrennung ist eine Reaktion mit Luftsauerstoff.
Die Stahlwolle verbrennt dabei mit Sauerstoff zu Eisenoxid, welches schwerer als Eisen ist.

{{Definition|→ Jede Verbrennung ist eine Vereinigung mit Sauerstoff (<nowiki>=</nowiki>Oxidation).<br />
Es bildet sich ein Oxid.}}

=== Aufgaben ===
# Erkläre mit eigenen Worten die Massenänderung bei diesem Versuch.
# Warum wird die Kerze bei der Verbrennung leichter?
# Die Feuerwehr ist immer daran interessiert, wie man am Besten ein Feuer löschen kann. Vergleiche die Löschwirkung von Wasser und CO<sub>2</sub> - Schaum.
# Wie würde die Feuerwehr ein brennendes Holzfeuer, und wie ein Benzinfeuer löschen?

== Erforschung des Verbrennungsvorgangs: Ist Luft ein Element? ==
Der Sauerstoff für die Verbrennung kommt aus der Umgebungsluft. Luft wurde im Altertum als Element bezeichnet. Nachdem Du schon weißt, dass Feuer kein Element ist (und Wasser auch nicht - siehe Wasserzersetzung), entsteht die Frage, ob Luft ein Element oder ein Gemisch ist.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} Spiritus wird unter einer Glasglocke entzündet.

[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs2.svg|center|500px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs2]]

{| class="wikitable"
 |- align="center" class="hintergrundfarbe6"
 |width="30%"|{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}}||{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}}
 |-
 |Wasserpegel sinkt und manchmal entweicht Luft beim Reaktionsstart||→ Durch die Hitze der Flamme wird die Luft erwärmt. Sie dehnt sich aus.
 |-
 |Die Flamme erlischt.||→ Spiritus verbrennt mit Sauerstoff. Wenn der Sauerstoffanteil von 21% auf 16% gesunken ist, erlischt die Flamme.
 |-
 |valign="top"|Das Wasser steigt etwa 20%.||→ Ein Teil des Sauerstoffs hat reagiert. Da dieser aber in Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird, hat dieser Effekt keine Auswirkung auf die Volumenänderung. Tatsächlich verringert sich das Volumen, weil das Gasgemisch nach dem Verlöschen der Flamme abkühlt und sich zusammenzieht. Eine verbreitete Fehlvorstellung ist, durch den „fehlenden“ Sauerstoff würde Platz frei.
http://www.wer-weiss-was.de/theme50/article2187155.html
{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: Merksatz|
Text=→ Luft ist ein Gemisch und kein Element}}
|}

== Die Zusammensetzung der Luft ==
{| class="wikitable centered"
 |- align="center" class="hintergrundfarbe6"
 ! In Luft sind enthalten !! Volumenprozent
 |-
 |Sauerstoff||20,95%
 |-
 |Stickstoff||78,1%
 |-
 |Edelgase||0,93%
 |-
 |Kohlenstoffdioxid + Restgase||0,03%
 |-
|}

{{Definition|Rund 1/5 der Luft besteht aus Sauerstoff.<br />
Nur dieser kann sich mit brennbaren Stoffen bei einer Verbrennung vereinigen.

Die Vereinigung eines Stoffes mit Sauerstoff nennt man Oxidation.<br>
Die Verbindungen der Elemente mit Sauerstoff nennt man Oxide.}}

[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs3.svg|rechts|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs3]]

=== Aufgaben ===
# Aufgabe
#: a) In einem Becherglas, das mit Wasser gefüllt ist, steht ein Reagenzglas mit der Öffnung nach unten. Es enthält Stahlwolle, die mit
#: Wasser getränkt ist (siehe Zeichnung). Lässt man den Versuch zwei Tage stehen, steigt das Wasser im Reagenzglas an. Erkläre.
#: b) Um wie viel Prozent kann das Wasser nur steigen? Warum?
# Kommt man bei Wiederholung des Versuches zum gleichen Ergebnis?
# Warum kannst Du ausschließen, dass Luft ein Element ist?

== Informationen zum Sauerstoff ==
Nach: {{Wikipedia|Sauerstoff}}

{{w|Sauerstoff}} wurde im Mittelalter auch Oxygenium genannt (von griech. oxýs „scharf, spitz, sauer“ und genese „erzeugen“ - (Symbol O)), weil man falscherweise vermutete, dass Sauerstoff für die Bildung von Säuren verantwortlich ist. Das Element Sauerstoff stellt in der Erdhülle mit 49,4 Massenprozenten das häufigste, im Weltall das dritthäufigste Element dar. Unter Normalbedingungen ist es ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas.

Atomarer Sauerstoff, das heißt Sauerstoff in Form freier, einzelner Sauerstoffatome, kommt in der Natur nicht vor. Vielmehr kommt er immer als Verbindung aus zwei Sauerstoff-Atomen (O<sub>2</sub>) vor. Eine weitere Form ist das wenig stabile Ozon (O<sub>3</sub>).
In der Luft hält sich der relativ reaktionsfreudige Sauerstoff auf Dauer nur wegen der Tatsache, dass die Erde Lebewesen beherbergt, die immer neuen Sauerstoff produzieren - ansonsten würde er nur in Verbindungen, vor allem in Form von Metalloxiden oder Wasser vorkommen.

Von der Urzeit bis über das Mittelalter hinaus war das Feuer für den Menschen eine unerklärliche Erscheinung. Lange Zeit wurde es von den Menschen als Gabe des Himmels hingenommen. Die Chemiker des Mittelalters, die sogenannten Alchimisten, fingen an, sich über das Wesen des Feuers Gedanken zu machen. Sie kamen dabei zu der Ansicht, das Feuer sei ein Grundstoff. Gegen Ende des 17. Jahrhunderts suchte man eine Erklärung für die Verbrennung. Die Forscher vermuteten einen leichten geheimnisvollen Stoff, das Phlogiston, der aus brennenden Stoffen entweicht. Somit wäre die Verbrennung allerdings eine Zersetzung gewesen, was leicht zu widerlegen ist. Bei dieser Annahme blieb man auch dann noch, als der schwedische Apotheker {{w|Carl Wilhelm Scheele}} 1772 den Sauerstoff entdeckte.

Der Sauerstoff war nun zwar erforscht, doch seine Bedeutung bei der Verbrennung noch nicht geklärt. Dafür sorgte dann der Pariser Forscher {{w|Antoine Lavoisier}} '''(1743 - 1794)'''. Beim Experimentieren kam dieser zu dem Ergebnis, dass sich bei der Verbrennung ein Stoff mit Sauerstoff verbindet. Er konnte mit einer Waage nachweisen, dass ein Stoff beim Brennen nicht leichter, sondern schwerer wird. Der Grund dafür ist das Gewicht des Sauerstoffs, der während der Verbrennung aufgenommen wird. Die Erklärung der Verbrennung, die uns heute selbstverständlich, notwendig und unabkömmlich erscheint, ist also das Ergebnis langen Forschens.

Einige bekannte Verbindungen, in denen Sauerstoff vorkommt sind Wasser, Kohlendioxid, Siliziumdioxid (=Sand), viele Säuren, in vielen Salzen als Säurereste, Zucker, Silikate und viele mehr.

* Sauerstoff ist das häufigste Element auf der Erde. Es ist ein farb- und geruchloses Gas
* Es hat die chemische Formel O<sub>2</sub> (d.h. ein Sauerstoffatom ist mit einem anderen vereinigt)

* Siedepunkt: '''-182.9°C'''  (Sauerstoff ist als Flüssigkeit hellblau)
* Schmelzpunkt: '''-218.4°C''' (Sauerstoff ist als Feststoff eine hellblaue kristalline Masse)

* Bei 0°C hat Sauerstoff (1,43 g/l) eine größere Dichte als Luft (1,29 g/l)

* Auch Gase lösen sich in Wasser (nicht nur Feststoffe wie Zucker oder Salz). Bei 20°C lösen sich in einem Liter Wasser 31,1 ml O<sub>2</sub> - So können auch Lebewesen, die unter Wasser leben, atmen.

* Sauerstoff wurde 1774 unabhängig voneinander durch {{w|Joseph Priestley}} und Carl Wilhelm Scheele entdeckt.

== Der Sauerstoff ==
Im Labor kann man Sauerstoff leicht aus Nitraten herstellen. Diese sind aus diesem Grunde auch in vielen Sprengstoffen enthalten.<br />
<span style="color:red; font-size:large;">Aber Achtung! Führe diese Versuche nicht außerhalb der Schule durch – Nitrate sind unberechenbar.<br /> Selbst mit viel Erfahrung ist der Umgang damit sehr gefährlich!</span>

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} Erhitzen von Kaliumnitrat. In das Reagenzglas werden dann die folgenden Stoffe gehalten:

a) Glimmspan

b) Holzkohle

c) Schwefel

[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs4.svg|rechts|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs4]]

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}}

* Das Salz Kaliumnitrat (weißer kristalliner Feststoff) schmilzt
* Gasblasen steigen auf
* weißer Rückstand

zu a) Glimmspanprobe positiv

zu b) Holzkohle glüht auf

zu c) Schwefel verbrennt mit hellblauer Flamme

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}} Kaliumnitrat wird zersetzt in Sauerstoff und Kaliumnitrit (Vorsicht: Giftig!). Der Sauerstoff ermöglicht erst die Verbrennung des Kohlenstoffes im Holz. Er ist somit für die Oxidation verantwortlich. Da das Kaliumnitrat den Sauerstoff bereitstellt, wird es als {{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: Merksatz|Text=Oxidationsmittel}} bezeichnet.

{| align="center"
 |width="24%" align="center"|Kaliumnitrat||width="2%" align="center"|+||align="center"|Energie||width="5%" align="center"|<math>\longrightarrow</math> ||width="34%" align="center"|Sauerstoff||width="2%" align="center"|+||align="center"|Kaliumnitrit
 |-
 |align="center"|Holzkohle||align="center"|+||align="center"|Sauerstoff||align="center"|<math>\longrightarrow</math> ||align="center"|Kohlenstoffdioxid||+||align="center"|Energie
 |-
 |align="center"|Schwefel||align="center"|+||align="center"|Sauerstoff||align="center"|<math>\longrightarrow</math>||align="center"|Schwefeloxid||align="center"|+||align="center"|Energie
 |-
|}

{{Definition|Sauerstoff ist unverzichtbar als Partner für jede Verbrennung. Er oxidiert dabei seinen Reaktionspartner und wird deshalb auch Oxidationsmittel genannt.}}

== Was brennt bei der Kerze? ==
{{Wikipedia|Kerze}}

Kerzen dienten früher, neben Fackeln, Öl- und Talglampen, als Lampen für die Lichterzeugung. Kerzen werden heute noch in der Kirche, zu Hause oder bei Festen verwendet, um eine entspannte Atmosphäre zu schaffen.

Es gibt eine wichtige und einfache Frage: Was brennt da eigentlich? Du wirst Dich wundern, wie kompliziert die Antwort ist.

Führe doch mal in Gegenwart Deiner Eltern folgenden Versuch durch:
Nimm eine brennende Kerze, lösche diese und nähere dich sofort von Oben mit einem brennendem Streichholz.

→ Entzündung trotz Distanz

Was folgt aus diesem Versuch? Was brennt nun eigentlich? Der Docht?

Erklärung:
Ein saugfähiger, nicht schmelzbarer Docht, meist ein Faden aus Baumwolle, ist von niedrig schmelzendem Wachs umgeben. Als Wachs diente früher Bienenwachs (Schmelzpunkt bei ca. 65°C), heute meist Stearin (aus tierischen oder pflanzlichen Fetten gewonnen, Schmelzpunkt 56°C) oder Paraffin (Teelichter) mit einem Schmelzpunkt um 55 °C, das seit etwa 1830 aus der Erdölverarbeitung stammt.

{{Definition|Nach Anzünden des Dochts schmilzt das Wachs. Durch die Sogwirkung des Dochts wird ständig neues (geschmolzenes) Wachs in die Flamme transportiert, wo es verdampft und verbrennt → gasförmiges Kerzenwachs verbrennt.}}

;Hypothese
:'''Kerzenwachs + Sauerstoff <math>\longrightarrow</math> „brennbares Gas“ + Kohlendioxid +
Energie'''

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: Zusatz}}

Die Konvektion, d.h. das Aufsteigen der warmen Verbrennungsgase, versorgt die Flamme mit unverbrauchter Luft und gibt der Kerzenflamme die charakteristische lang gestreckte Form.

Wird der Docht zu lang, beginnt die Kerze zu rußen. Moderne Kerzen enthalten deshalb einen asymmetrisch geflochtenen Docht. Beim Brennen neigt er sich zur Seite und der obere Bereich verglüht (siehe glühende Dochtspitze im Bild).

In einer Stunde verbrennt eine Kerze ca. 3 - 8g Wachs und erzeugt eine Heizleistung von etwa 50&nbsp;W.

== Erforschung des Verbrennungsvorgangs II: Die Produkte der Verbrennung I ==

Nachdem wir uns nun mit den Bedingungen, Ausgangsstoffen und dem Vorgang der Verbrennung beschäftigt haben, wollen wir uns nun die Produkte näher ansehen. Damit wir diese besser untersuchen können, müssen wir uns in einem Vorversuch eine Nachweissubstanz (Kalkwasser) herstellen.

=== Herstellung von Kalkwasser (CO<sub>2</sub> - Nachweis mit Kalkwasser) ===
{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} Calciumoxid wird mit Wasser gemischt und durch Filtrieren gereinigt. Dabei entsteht Kalkwasser, welches zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid dient.
Um zu testen, dass es gut funktioniert, wird in einen kleinen Teil des Kalkwassers hinein geblasen.

{| class="wikitable"
 |- align="center" class=hintergrundfarbe6
 |width=30%|{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}}||{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}}
 |-
 |Es entsteht eine milchige Lösung ||→ Ein Feststoff entsteht, der sich nicht richtig auflöst.
 |-
 |valign="top"|Nach dem Filtrieren entsteht eine klare Lösung. ||→ Der Feststoff bleibt im Filter, das im Wasser bereits gelöste Calciumoxid läuft hindurch, da gelöste Stoffe viel kleiner sind und durch die Poren des Filters passen.
|-
| valign="top"|Beim Reinblasen trübt sich die klare Lösung. || → Durch die Zugabe von Kohlenstoffdioxid trübt sich Kalkwasser. Es muss also ein neuer Stoff entstanden sein, welcher in Wasser unlöslich ist. Dieser Stoff ist Kalk, der als Feststoff ausfällt und auch für die Trübung sorgt.
|}

:'''Kalkwasser + Kohlenstoffdioxid <math>\longrightarrow</math> Kalk + Wasser + Energie'''

{{Definition|Wasserklares Kalkwasser ist ein Nachweismittel für Kohlenstoffdioxid.
Bei Kontakt mit diesem wird es durch Kalkbildung milchig trüb.}}

=== Nachweis von CO<sub>2</sub> als Verbrennungsprodukt ===
{{Wikipedia|Kohlenstoffdioxid}}

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}}Nun kommen wir zum eigentlichen Versuch. Wir untersuchen die Gase, die bei der Verbrennung von Kerzenwachs entstehen. Das Hauptproblem musst Du allerdings noch selbst lösen: wie kann man Verbrennungsprodukte auffangen, um sie nachweisen? Entwickle eigene Ideen, wie man die Gase einer Kerze auffangen kann. Hast Du eine Möglichkeit gefunden, so füge den Gasen Kalkwasser zu.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}} Kalkwasser trübt sich

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}} bei der Verbrennung von Wachs entsteht Kohlenstoffdioxid.

{{Definition|Ein Verbrennungsprodukt der Kerze (und aller anderen Kohlenstoffverbindungen auch)
ist Kohlenstoffdioxid CO<sub>2</sub>.}}

;Hinweise
{{Wikipedia|Kohlenstoffmonoxid}}

* Wenn zu wenig Sauerstoff bei der Verbrennung vorhanden ist, kann Kohlenstoffmonooxid CO entstehen. Dieses ist ein sehr giftiges Gas.
* Da Kohlenstoffdioxid nicht mehr verbrennen kann, ist es ein hervorragendes Löschmittel. In Feuerlöschern findest Du es oft an Schaum gebunden.

=== Verbrennen von Nicht-Metallen (in reinem Sauerstoff) ===
{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} Der Lehrer zeigt Dir einige besondere Versuche. Er verbrennt Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff (für Kohlenstoff nimmt man kohlenstoffhaltige Verbindungen wie z.&nbsp;B.: eine Kerze, eine Zigarette, ein Holzspan, Papier usw...) in reinem Sauerstoff:

{| align="center"
 |align="center"|Kohlenstoff||width="2%" align="center"|+||align="center"|<span style="color:blue;">Sauerstoff</span> ||width="4%" align="center"|<math>\longrightarrow</math>||align="center"|Kohlenstoff<span style="color:blue;">oxid</span> ||width="2%" align="center"|+||align="center"|Energie
 |-
 |align="center"|Schwefel||align="center"|+||align="center"|<span style="color:blue;">Sauerstoff</span>||align="center"|<math>\longrightarrow</math>||align="center"| Schwefel<span style="color:blue;">oxid</span>||align="center"|+||align="center"|Energie
 |-
 |align="center"|Phosphor||align="center"|+||align="center"|<span style="color:blue;">Sauerstoff</span>||align="center"|<math>\longrightarrow</math> ||align="center"|Phosphor<span style="color:blue;">oxid</span>||align="center"|+||align="center"|Energie
|}

Was haben alle Versuche gemeinsam?

{{Definition|Bei der Verbrennung von Nichtmetallen entstehen Nichtmetalloxide.
Sie bilden sich durch die Vereinigung von Nichtmetall mit Sauerstoff.}}

{{Definition|Wiederholung: Die Vereinigung eines Stoffes mit Sauerstoff wird Oxidation genannt.}}

Kohlenstoffdioxid<ref>zur Erklärung di = zwei/ mono = eins</ref> ist nicht das einzig mögliche Produkt. Ist für die Verbrennung von Kohlenstoff nicht genügend Sauerstoff vorhanden, so entsteht auch das giftige Kohlenmonoxid.

=== Aufgaben ===
# Um welchen Faktor verbrennen die Stoffe in reinem Sauerstoff schneller als in Luft?
# Erkläre den Begriff Nichtmetalloxid.
# Ordne den drei {{W|Aggregatzustände|Aggregatzuständen}} dir bekannte Nichtmetalloxide zu.
# Informiere Dich über den Stoff Kohlenmonooxid und seine Gefahren.
# Weißt Du auch, warum Kohlenmonooxid so gefährlich ist?

=== Verbrennen von Metallen ===
Nachdem wir uns mit den Nichtmetallen und ihren Oxiden beschäftigt haben, steht noch die Frage offen, was mit den Metallen passiert, denn das Verbrennen von Metallen entspricht ja meistens nicht den Erfahrungen der Schüler!

Zur Demonstration verbrennt der Lehrer Eisen, Aluminium und Magnesium in reinem Sauerstoff. Du wirst schöne, vielleicht sogar Dir bekannte Effekte beobachten können.

{| align="center"
 |align="center"|Eisen||width="2%" align="center"|+||align="center"|<span style="color:blue;">Sauerstoff</span> ||width="5%" align="center"|<math>\longrightarrow</math>||width="30%" align="center"|Eisen<span style="color:blue;">oxid</span> ||width="2%" align="center"|+||align="center"|Energie
 |-
 |align="center"|Aluminium||align="center"|+||align="center"|<span style="color:blue;">Sauerstoff</span>||align="center"|<math>\longrightarrow</math>||align="center"| Aluminium<span style="color:blue;">oxid</span>||align="center"|+||align="center"|Energie
 |-
 |align="center"|Magnesium||align="center"|+||align="center"|<span style="color:blue;">Sauerstoff</span>||align="center"|<math>\longrightarrow</math> ||align="center"|Magnesium<span style="color:blue;">oxid</span>||align="center"|+||align="center"|Energie
|}


{{Definition|Bei der Verbrennung von Metallen entstehen Metalloxide.
Sie bilden sich durch die Vereinigung von Metall mit Sauerstoff.}}

=== Aufgaben ===
# Erkläre den Begriff „Metalloxid“ mit Deinen eigene Worten.
# Lies im Buch oder im Internet über die Verwendung von {{w|Metalloxide|Metalloxiden}} nach (achte dabei besonders auf die Verwendung zum Färben von Keramik und Ton usw.).
# Informiere Dich dann über die negativen Seiten von Metalloxiden. Ein gutes Stichwort für Deine Suche ist {{w|Korrosion}}, {{w|Korrosionsschutz}} oder auch {{W|Rost (Korrosion)|Rost}}.

Verzweifle aber nicht an der Schwierigkeit! Korrosion ist ein komplexes Thema. Viele der chemischen Reaktionen sind noch zu schwer für Deinen momentanen Wissensstand.

=== Die Entzündungstemperatur ===
Sauerstoff und der Brennstoff reagieren erst miteinander, wenn die „Bedingungen“ günstig sind. Zu diesen Bedingungen gehört auch eine bestimmte Temperatur. Das ist schon daraus leicht verständlich, da ein Feuer beim Löschen ausgeht, wenn man Wasser darüber gießt. (Wasser kühlt den Brennstoff ab).

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}}

In einem Tiegel wird eine kleine Menge Kerzenwachs mit dem Bunsenbrenner solange erhitzt, bis eine Flamme entsteht

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}}

Zuerst bildet sich Wachsdampf, der immer dunkler sowie dichter wird und der sich schließlich von selbst entzündet. Selbst nach dem Löschen durch Ersticken entzündet sich alles oft von selbst wieder.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}}

Auch ohne dass heißes Wachs mit einer Flamme in Berührung kommt, entzündet es sich bei ca. 250°C. Dazu ist nicht unbedingt ein Funken nötig. Das Löschen von solchen Feuern ist sehr schwierig, da sie sich jederzeit wieder von selbst entzünden können.

{{Definition|Die Entzündungstemperatur (auch Zündtemperatur) ist die Temperatur eines Stoffes, bei der er sich ohne Fremdeinwirkung von selbst entzündet.}}

An einer offenen Flamme ist die Entzündungstemperatur immer vorhanden, aber auch durch Funken oder heiße Gegenstände kann eine Zündung ausgelöst werden.

{{Definition|Wichtig: Flüssige Brennstoffe, die sehr leicht Gase oder Dämpfe bilden, entzünden sich viel schneller als feste Brennstoffe. Sie sind deshalb feuergefährlich (z.&nbsp;B. Benzin).<br>
→ Wenn die Brennstoffe schon gasförmig sind, genügt oft ein Funke, um sie zu entzünden.}}

Hier einige Beispiele für Temperaturen, bei denen sich Stoff von selbst entzünden:

{| class="wikitable"
|- align="center"
! Brennstoff !! Entzündungstemperatur [°C] !! Brennstoff !! Entzündungstemperatur [°C]
|-
| Phosphor weiß || 60 || Fichtenholz || 280
|-
| Streichholzkopf || ca. 60 || Fett || 300
|-
| Zündholzkopf || 80 || Holzkohle || 300
|-
| Holzkohle || 150 - 220 || Phosphor rot || 300
|-
| Ether || 170 || trockenes Holz || ca. 300
|-
| Zeitungspapier || 175 || Petroleum || 300
|-
| Stearin || 196 || Kork || 300-320
|-
| Kunststoffe || 200 - 300 || Steinkohle || 350 - 600
|-
| Benzin || 220 - 300 || Schreibpapier || 360
|-
| Terpentin || 220 || Butan (Flüssiggas für Feuerzeuge) || 400
|-
| Torf || 230 || Asphalt || ca. 400
|-
| Schwefel || 250 || Glycerin || 400
|-
| Paraffin (=Kerzenwachs) || 250 || Zucker || 410
|-
| Benzin (Auto) || ca. 250  -  460 || Spiritus || 425
|-
| Dieselöl || 250  -  350 || Ethanol || 425
|-
| Heizöl || 250 || Baumwolle || 450
|-
| Papier || ca. 250 || Methanol || 455
|-
| Kohle || 240-280 || Propangas || 460
|-
| Stroh || 250-300 || Essig (-säure) || 460
|-
| Getreide || 250-320 || Roggenmehl || 500
|-
| Heu || 260-310 || Schmieröl || 500
|-
| Benzin (rein) || 250 || Methan (=Erdgas) || ca. 600
|-
| Weizenstaub || 270 || Aceton || 600
|-
| Holz || 280-340 || Teer || 600
|}

Weitere Beispiele findest du unter {{W|Zündtemperatur|hier}}.

== Übung zur Entzündungstemperatur ==

Du kannst im Unterricht die Erstaunlichkeit der Zündtemperatur leicht überprüfen.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}}Falte ein kleines Blatt als Trichter und durchstoße es mit einer oder zwei langen Metallnadeln im oberen Viertel. Fülle den Trichter bis 1&nbsp;cm vor die Einstichstellen mit Wasser und stelle darunter eine brennende Kerze.

[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs5.svg|zentriert|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs]]

Was passiert wohl? Die meisten Schüler vermuten hier Entzündung des Papiers und Auslaufen des Wassers, wobei das auslaufende Wasser die Kerze löscht.
Aber, wie heiß kann Papier denn werden, wenn sich darin Wasser befindet?

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}}Das Papier wird schwarz, das Wasser wird warm und beginnt evtl. zu kochen

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}} Papier hat Entzündungstemperatur von 250°C. Solange Wasser in dem Papier ist, kann seine Temperatur nicht >100°C sein. Deshalb kann das Papier sich nicht entzünden, da es vom Wasser gekühlt wird.

{{Definition|Stoffe, die eine Temperatur unterhalb der Entzündungstemperatur haben, können nicht entzündet werden.}}

{{Definition|Für eine Verbrennung werden also immer 3 Dinge benötigt<ref>Später wirst Du lernen, dass auch der so genannte Zerteilungsgrad eine Rolle spielt.</ref>

* ein brennbarer Stoff, z.&nbsp;B. Papier, Holz, Kohle, Benzin, Spiritus, Heizöl, Erdgas.
* Sauerstoff
* Entzündungstemperatur.

}}

=== Aufgaben ===
# Bei einem Waldbrand fliegen mit Wasser beladene Hubschrauber über das Feuer und werfen das Wasser ab. Was verspricht sich die Feuerwehr davon?
# Warum kann ein Wald, der auf solche Art gelöscht wurde jederzeit wieder anfangen zu brennen?
# Welche Rolle spielt eigentlich Wind beim Wiederentfachen eines Waldbrandes?
# Welchem Einfluss hat die Form eines Holzstücks auf seine Entzündung am Lagerfeuer? (Vergleiche dazu einen Ast und einen Baumstamm)

== Verschiedene Formen der Oxidation ==
Du weißt nun schon sehr vieles über Verbrennungen. Zum Beispiel weißt Du, dass es immer Oxidationen sind. Es gibt aber drei verschiedene Arten von Oxidationen. Die „Stille Oxidation“, die Verbrennung und die explosionsartige Oxidation. Hier lernst Du sozusagen die „Geschwister“ der Verbrennung kennen.

=== Stille Oxidation (langsam) ===
[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs3.svg|rechts|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs3]]

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}}Stahlwolle befeuchten und in ein Reagenzglas stecken, welches auf den Kopf stehend in ein Wasserglas gestellt wird

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}}

* Wasser steigt im Reagenzglas nach oben
* Eisenwolle verfärbt sich rotbraun
* Glimmspan erlischt im Restgas

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}}

Es hat sich offensichtlich, durch den Sauerstoff und die Luftfeuchtigkeit in dem Reagenzglas Rost gebildet. Der korrekte Ausdruck dafür ist Eisenoxid. Es fand also eine Oxidation statt, ohne dass eine Flamme zu sehen war.

:'''Sauerstoff + Eisen <math>\longrightarrow</math> Eisenoxid + Energie (=Rostvorgang)'''

{{Definition|Langsam verlaufende Reaktionen mit Sauerstoff nennt man stille Oxidationen.}}

Weitere Beispiele für stille Oxidationen: Rosten, matt werden von Kupfer, {{w|Zellatmung}}

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: Zusatz}}

Durch die stille Oxidation von Eisen (= Rosten, =Korrosion) entstehen dem Staat jährlich Schäden von mehr als  50 Mrd. Euro. Der Hauptteil des Schadens entsteht durch rostende Autos, Brücken, Leitplanken und Bauwerke.
Man kann Eisen aber veredeln, so dass es nicht mehr so stark korrodiert. Durch Zusätze von anderen Metallen, wie Nickel und Entzug von Kohlenstoffresten, die sich bei der Herstellung eingeschlichen haben, wird die Qualität viel besser. Eisen, welches so bearbeitet wurde nennt man {{w|Stahl}}.

=== Verbrennung (mittelschnell) ===
Da Du Verbrennungen nun schon gut kennst, kommt hier nur eine kleine Zusammenfassung:

{{Definition|Die Verbrennung ist eine unter Licht und Wärmeentwicklung rasch ablaufende Oxidation.
Das Leuchten wird durch glühenden Feststoff hervorgerufen.}}

Im Unterricht hast Du schon z.&nbsp;B. Phosphor, Kerzenwachs, Holz, Papier, Schwefel und Metalle verbrannt. Zur {{W|Verbrennung (Chemie)|Verbrennung}} gibt es auch einen Wikipedia Artikel.

=== 3. Explosionsartige Oxidationen (sehr schnell) ===
Explosionen kennst Du von Silvester. Die Explosion ist eine Reaktion, die durch die Zündung fein verteilter Brennstoffe zustande kommt. Die Folge ist eine sehr schnelle, plötzlich verlaufende Kraftentfaltung, die auf dem Ausdehnungsbestreben von plötzlich erhitzten Gasen und Dämpfen beruht.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}}Der Lehrer zeigt Dir die Entzündung von Bärlappsporen.

{| class="wikitable"
 |- align="center" class="hintergrundfarbe6"
 ! width=30% ! {{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}} !! {{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}}
 |-
 | Explosion mit Stichflamme || Die Bärlappsporen werden von der Kerzenflamme entzündet. Sie oxidieren explosionsartig.
|}

{{Definition|Die Oberflächenvergrößerung führt zu einer größeren Zahl an reaktionsbereiten Teilchen.
Die Reaktionsgeschwindigkeit kann dabei so groß werden, dass es zur Explosion kommt.}}

=== Zusatzinfos: Mehlstaubexplosionen in Mühlen ===
{{Wikipedia|Staubexplosion}}

Gemische aus Staub und Luft sind explosionsfähig, wenn sie aus brennbaren organischen oder anorganischen Stäuben wie z.&nbsp;B. Kohle-, Mehl-, Holz-, Kakao-, Kaffee-, Stärke-, Aluminium- oder Cellulosestaub bestehen. Entscheidend für die Zündfähigkeit ist der Sauerstoffanteil in der Luft und der Zerteilungsgrad des Brennstoffes. Ein Funke kann für die Zündung ausreichen.
Besonders gefährlich ist dies in Mühlen, da dort immer etwas Mehlstaub aufgewirbelt wird. Ein Funke reicht aus um unter Umständen eine schreckliche Explosion herbeizuführen.

So kam es am 6.2.1979 in der Rolandmühle in Bremen zur größten Mehlstaubexplosion Deutschlands. Es starben 14 Menschen und 18 weitere wurden verletzt. Der Schaden an der Mühle und den Nachbarhäusern betrug etwa 50 Millionen Euro.

;Zusammenfassung
Du kennst nun drei Arten von Oxidationen:
* die langsame stille Oxidation
* die mittelschnelle Verbrennung
* die sehr schnelle Explosion

=== Aufgaben ===
# Kann man stille Oxidationen beobachten?
# Was denkst Du, warum Explosionen im Chemieunterricht als sehr gefährlich betrachtet werden und warum alle explosiven Stoffe Sicherheitsschilder tragen müssen?
# Der Verkauf von Silvesterknallern aus osteuropäischen Ländern ist zum Teil in Deutschland verboten, was meinst Du, warum das so ist?
# Bei der Oxidation von Eisen wird Energie frei. Unterschieden sich die Energiebeträge bei den drei Oxidationsformen? Vergleiche dazu die Verbrennung von etwas Eisen mit der gleichen Menge an rostendem Eisen (z.&nbsp;B. am Fahrrad).
# Informiere Dich zu den Konsequenzen der täglich Millionenfachen Verbrennungen auf unserem Planeten. Gute Suchbegriffe sind: {{w|Luftverschmutzung}}, {{w|Treibhauseffekt}}, {{w|Ozonloch}}, {{w|Smog}}

== Gesetz von der Erhaltung der Masse und der Energie ==

=== Massenerhaltung ===
Was geschieht mit der Masse der Reaktionsteilnehmer bei einer chemischen Reaktion?

[[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs6.svg|rechts|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs6]]

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} In einen Rundkolben werden Streichholzspitzen gefüllt. Er wird mit einem Luftballon geschlossen und gewogen.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}} Luftballon dehnt sich aus und zieht sich wieder zusammen

* Zu Beginn der Reaktion: m<sub>A</sub> = ''50,41'' g
* Am Ende der Reaktion:   m<sub>E</sub> = ''50,41'' g

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: S}} Das Gas dehnt sich bei Erwärmung aus und kontrahiert beim Abkühlen.

<br style="clear:both;" />

{{Definition| → Die Gesamtmasse der Reaktionspartner hat sich nicht geändert.}}

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: Erhaltung der Masse}}

=== Energieerhaltung ===
{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: Erhaltung der Energie}}

== Energieerhaltung bei chemischen Reaktionen ==
Diesen Sachverhalt kennt man auch als {{W|Thermodynamik#Erster Hauptsatz|1. Hauptsatz der Thermodynamik}}.

;Theoretische Vorstellung

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} Nasses CaO wird getrocknet. Anschließend wird wieder Wasser zugegeben.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: B}} Es wird Energie zum Entfernen des Wassers benötigt. Die Zugabe von Wasser setzt Energie frei.

{{:Anorganische Chemie für Schüler: Vorlage: V}} Wasser, CaO und Becherglas und Thermometer werden gewogen. Dann wird das Wasser zugegeben. Die Temperatur steigt.

Woher stammt die freiwerdende Energie (Temperatur)?

Einstein: <math>E=m \cdot c^2</math>. Wenn c eine Konstante ist und nach dem ersten Gesetz die Masse sich nicht ändert, so muss auch die Gesamtenergie bei chemischen Reaktionen unverändert bleiben

→ Wenn Benzin verbrennt und Energie frei wird, muss sie schon vorher enthalten sein.

→ Diese Energie nennt man innere Energie.

== Hier sind einige Aufgaben zur Überprüfung Deines Wissens ==

# Was brennt eigentlich, wenn du eine Kerze angezündet hast? Beschreibe, welche Aufgabe der Docht hat.
# Die folgenden Sätze beschreiben, was beim Anzünden einer Kerze geschieht. Leider sind sie durcheinander geraten. Wie muss die richtige Reihenfolge lauten?
#: a) Am Docht befindet sich festes Wachs. Es brennt nicht.
#: b) Der Wachsdampf entzündet sich und beginnt zu brennen.
#: c) Das flüssige Wachs steigt im Docht nach oben (ähnlich wie Tinte im Löschpapier).
#: d) Der Wachsdampf erreicht seine Entzündungstemperatur.
#: e) Wenn man eine Streichholzflamme an den Docht hält, wird das Wachs erhitzt und schmilzt.
#: f) Das Wachs beginnt zu sieden und verdampft.
# Vergleiche die Flammen von Brenner und Kerze.
# Es müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein, damit etwas brennt. Schreibe sie auf.
# Beim Gas genügt ein kleiner Funke, um es zu entzünden. Dazu reicht ein leeres Feuerzeug, welches selbst kein Gas mehr enthält.
# Könntest du auch eine Kerze mit einem leeren Feuerzeug entzünden? Begründe.
# Manche Stoffe dürfen nur in einem heißen Wasserbad erhitzt werden. Welche Stoffe könnten das deiner Meinung nach sein? Begründe Deine Meinung.
# Stelle die Reaktionsgleichung der Verbrennung von a) Schwefel, b) Kohlenstoff, c) einem beliebigem Metall auf
# Wozu dient Kalkwasser? Wie stellt man es her?
# Schlage einen Versuchsaufbau vor, der beweist, dass man Kohlenstoffdioxid ausatmet.
# Was ist eine Oxidation? Nenne die verschiedenen drei Formen der Oxidation? Kann man stille Oxidationen beobachten?
# Was denkst Du, warum Explosionen im Chemieunterricht als sehr gefährlich betrachtet werden und warum alle explosiven Stoffe Sicherheitsschilder tragen müssen?
# Der Verkauf von Silvesterknaller aus osteuropäischen Ländern ist zum Teil in Deutschland verboten, was meinst Du warum das so ist?
# Informiere Dich zu den Konsequenzen der täglich millionenfachen Verbrennungen auf unserem Planeten. Gute Suchbegriffe sind Luftverschmutzung, Treibhauseffekt, Ozonloch, Smog.
# Um welchen Faktor verbrennen Stoffe in reinem Sauerstoff schneller als in Luft? Nenne Beispiele aus dem UR.
# Erkläre den Begriff Nichtmetalloxid und ordne den drei Aggregatzuständen dir bekannte Nichtmetalloxide zu.
# Informiere dich über den Stoff Kohlenmonoxid und seine Gefahren.
# Was ist der Unterschied zwischen Sauerstoff und Luft? Wie kann man entstehenden Sauerstoff nachweisen?
# Ist Luft ein Element? Schlage einen Versuchsaufbau vor, mit dem dies gezeigt werden kann.
# Verbrennt ein Stückchen Kohle schneller in Luft, Stickstoff oder reinem Sauerstoff?
# Bei einem Waldbrand fliegen mit Wasser beladene Hubschrauber über das Feuer und werfen das Wasser ab. Was verspricht sich die Feuerwehr davon? Warum kann ein Wald, der auf solche Art gelöscht wurde jederzeit wieder anfangen zu brennen? Welche Rolle  spielt eigentlich Wind beim wieder entfachen eines Waldbrandes?
# Was versteht man unter der Entzündungstemperatur? Nenne ein Beispiel, wo die Entzündungstemperatur eine wichtige Rolle spielt
# Welchem Einfluss hat die Form eines Holzstücks auf seine Entzündung am Lagerfeuer? (Vergleiche dazu einen Ast und einen Baumstamm)
# Ein Schüler sagt: „eine Verbrennung ist eine Oxidation, aber nicht jede Oxidation ist eine Verbrennung“. Hat der Schüler damit recht?
# Ordne die folgenden Stoffe nach ihrer Entzündungstemperatur: Streichholz, Benzindampf, Holzkohle, Stroh. Was ist ein Metalloxid? Erkläre und nenne drei Beispiele (Was ist ein Nichtmetalloxid?)
# Wozu verwendet man Metalloxide?
# Ist die Verbrennung von Kupfer eine Oxidation? Begründe Deine Meinung.
# Erkläre den Unterschied zwischen Element und Verbindung.
# Erkläre die Vereinigung von Eisen und Schwefel und die Zersetzung von Quecksilberoxid.
# Auf dem Herd hat eine Bratpfanne angefangen zu brennen. Was ist passiert? Wie kann sie gelöscht werden?
# In einem Grill brennt Grillkohle. Liegt eine chemische Reaktion vor? Begründe Deine Meinung und stelle die Reaktionsgleichung auf.
# [[Datei:Erforschen des Verbrennungsvorgangs3.svg|rechts|300px|Erforschen des Verbrennungsvorgangs]]In einem mit Wasser gefüllten Becherglas steht ein Reagenzglas mit der Öffnung nach unten. Es enthält feuchte Eisenwolle. Lässt man den Versuch zwei Tage stehen, steigt das Wasser im Reagenzglas an. Erkläre, warum und um wie viel Prozent das Wasser steigt.

{{Fußnoten}}