Versuchszirkel und Literaturhinweise Wenn wir den Docht einer Kerze anzünden, bringt die von der Flamme ausgestrahlte Hitze das Wachs zum Schmelzen. Das flüssige Wachs steigt durch die Kapillarwirkung im Docht hoch und verdampft, wenn es das Dochtende erreicht. Dabei werden Kohlenwasserstoffmoleküle freigesetzt. Die Kohlenwasserstoffmoleküle werden in kleinere Moleküle zerlegt, die chemisch miteinander und mit dem
Sauerstoff der von außen eindringenden Luft reagieren. Feste Kohlenstoffpartikel werden durch die heißen Gase und die von der Reaktionszone ausgestrahlte Hitze bis zur Weißglut erhitzt. Dieses Glühen ruft das warme, gelbliche Licht hervor. Der berühmte, englische Forscher Michael Faraday (1791 - 1867) widmete im Jahre 1860 eine Reihe naturwissenschaftlicher Vorlesungen vor Jungen und Mädchen der Kerze.
Er sagte: "Alle im Weltall wirkenden Gesetze treten in der chemischen Geschichte einer Kerze zutage oder kommen dabei wenigstens in Betracht, und schwerlich möchte sich ein bequemeres Tor zum Eingang in das Studium der Natur finden lassen." Seine Beobachtungen und Erkenntnisse wurden als Schrift unter dem Titel "Lectures on the Chemical History of a Candle" veröffentlicht. Michael Faraday (1791-1867): The Chemical History of A Candle, 1860 Im Buchhandel erhältlich: "Naturgeschichte einer
Kerze" (ISBN 3-88120-010-4). Internetquelle siehe unten. Die hier vorgestellten Experimente wurden im Naturphänomene-Unterricht einer Klasse 5 (allgemeinbildendes Gymnasium) erprobt und erfolgreich eingesetzt. Zu meiner großen Überraschung waren aber auch Schüler zehnter und elfter Klassen von diesen Experimenten im Anfangsunterricht organische Chemie fasziniert, hatten Spaß beim Experimentieren und Gewinn bei der gemeinsamen Interpretation der
Versuchsergebnisse. Die Versuchsvorschriften und Arbeitsanleitungen werden zur leichteren, eigenen Umgestaltung in verschiedenen Datei-Formaten angeboten. Unterrichtseinheit im Anfangsunterricht Chemie (8.Klasse) von W. Helmert und Dr. A. SalingerZur Einführung
Da eine Kerzenflamme nicht bewegungslos bleibt und die Verbrennung aller Kohlenstoffteilchen nicht gewährleistet ist, kommt es immer wieder zum Entweichen einiger unverbrannter Rußpartikel. Die Rußabgabe wird aber durch Konstruktion der Kerze und
funktionsgerechten Materialeinsatz minimiert. Für Ruß armes Abbrennen der Kerze ist es günstig, wenn der Docht eine leichte Krümmung aufzeigt und sich das Dochtende am äußeren Rand der Flamme befindet. Dort herrscht die höchste Temperatur, so dass das Dochtende praktisch rückstandsfrei verbrennt.Literatur
Zum Unterricht
Versuchszirkel Kerze
Kerze
Kerzenflamme © swr
Der Brennstoff einer Kerze ist Wachs. Dieses besteht aus langkettigen Kohlenwasserstoffen. Fast alle brennbaren Substanzen beinhalten diese beiden Stoffe, Kohlenstoff
und Wasserstoff.
Wachs beginnt zu schmelzen sobald man den Docht anzündet. Dabei lösen sich die Wachsketten und das Wachs wird flüssig. Der Docht saugt nun das flüssige Wachs auf und die starke Hitze der Flamme bringt die Wachsmoleküle dazu, sich noch heftiger zu bewegen. Sie lösen sich vom Docht und zerbrechen schließlich in kurze Stücke. Diesen Vorgang nennt man Pyrolyse.
Der Sauerstoff aus der Luft reagiert mit dem Wasserstoff in den Bruchstücken der Wachsmoleküle. Jetzt entsteht unsichtbarer Wasserdampf. Dabei wird viel Energie in Form von Licht und Wärme frei. Diese Energie zerlegt immer mehr Brennstoff in kleine Bruchstücke, die dann wiederum mit dem Sauerstoff reagieren.
Jetzt ist eine Kettenreaktion in Gang gekommen, die bewirkt, dass die Flamme selbstständig weiter brennt. Ein Teil dieser Energie wird in Form von blauem Licht am unteren Teil der Kerzenflamme sichtbar. Kohlenstoffatome bleiben als kugelförmige Rußpartikel zurück. Bei 1000 °C leuchten sie und strahlen das charakteristische gelbe Licht einer Kerzenflamme ab.
Kohlendioxid entsteht aus den glühenden Rußpartikeln, die in der Flamme nach oben getrieben werden und sich mit dem Luftsauerstoff verbinden. Auch dabei wird Energie frei, die zum Teil in Form von Hitze abgestrahlt wird und zum Teil den Zerlegungsprozess des Wachses an der Basis der Flamme aufrechterhält.
am 02. April 2014. Die Kerzenflamme
Hinweis: Das Wachs!
- Direkt über dem Docht, in der inneren dunklen Zone (Flammenkern) herrschen niedrigere Temperaturen als im oberen oder äußeren Bereich der Flamme. Diese dunkle Zone enthält brennbaren Wachsdampf.
- Die heiße, leuchtende Zone (Flammenmantel und Flammensaum) enthält Ruß (Kohlenstoff). Winzige Kohlenstoffteilchen glühen und gebend das gelbe Licht der Kerzenflamme.
- Ein Docht ohne Wachs verbrennt relativ schnell und ist nicht mehr zu verwenden. Außerdem entsteht dabei keine richtige Flamme.
- Festes Wachs lässt sich nicht mit einem Streichholz entzünden.
Wachs hat eine Schmelztemperatur von ca. 29°C. Das Wachs in dem durchtränkten Docht lässt sich also durch eine Streichholzflamme leicht schmelzen, zumal eine Streichholzflamme ca. 800°C heiß ist. Bei ca. 300°C verdampft das flüssige Wachs. Das geschieht in der inneren, dunkleren und kühleren Zone der Flamme. Hier verbrennt der Wachsdampf bei Temperaturen um 800°C zu Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonooxid. Bei der Verbrennung des Wachses entstehen im Flammenmantel und Flammensaum durch eine unvollständige Verbrennung Rußteilchen (Kohlenstoff), die zum Leuchten angeregt werden. Das Leuchten eines verkohlten Streichholzes in der Kerzenflamme ist ebenfalls auf das Glühen von Ruß zurückzuführen. Durch das Verbrennen des Wachsdampfes wird neues flüssiges Wachs aus dem Docht angezogen. Die Hitze der Flamme sorgt für das Verflüssigen des Wachses am Docht.
am 01. Februar 2012. Damit Feuer entstehen kann, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit ein Feuer entsteht
- Es muss ein Brennstoff vorhanden sein.
- Der Brennstoff muss mindestens auf seine Entzündungstemperatur erhitzt werden.
- Es Luftsauerstoff in ausreichendem Maße vorhanden sein.
Eine große Oberfläche (Fachbegriff: hoher Zerteilungsgrad) begünstigt in enormer Weise ein Entzünden. Das liegt daran, dass bei einer großen Oberfläche der Brennstoff auch mehr dem Luftsauerstoff ausgesetzt ist.
Brennstoffe sind Stoffe, die Energie gespeichert haben. Beim Verbrennen von Brennstoffen wird diese Energie frei, die man in nutzbare Energie umwandeln kann.
Wichtige Brennstoffe sind die sogenannten fossilen Brennstoffe: Erdöl, Erdgas, Torf und Kohle. Weitere, häufig verwendete Brennstoffe sind Holz und Benzin (Benzin wird aus Erdöl gewonnen).
Entzündungspunkt: Früher: Entzündungstemperatur.Selbstentzündung bei einer bestimmten Temperatur
Flammpunkt: Früher: Flammtemperatur.Bei dieser Temperatur hat sich über dem Stoff ein ausreichend großes Volumen an brennbarem Gas gebildet, um es mithilfe einer Zündquelle zu entzünden.
Stoff | Siedepunkt | Flammpunkt | Entzündungspunkt |
Fett | ca. 400 °C | ca. 300 °C | ca. 400 °C |
Schreibpapier | 360 °C | ||
Kerzenwachs (Paraffin) | ca. 350 °C | ca. 250 °C | ca. 350 °C |
Kohle | 240-280 °C | ||
Holz | 280-240 °C | ||
Zeitungspapier | 175 °C | ||
Zündholzkopf | 80 °C |
am 22. Mai 2016. Feuer erzeugt in uns eine faszinierende Wirkung. Typische Begriffe, die wir mit Feuer im Zusammhang nennen, sind unten aufgeführt. Obwohl wir diese Begriffe im Alltag oft verwenden, ist es nicht ganz einfach zu
erklären, was mit den Stoffen in solchen Fällen geschieht. Klicke auf die Begriffe um mehr zu erfahren. Reaktion mit Sauerstoff. Fachbegriff: Oxidieren, Oxidation. Die dabei
entstehenden Reaktionsprodukte nennt man mit allgemeinen Namen Oxide. Unter bestimmten Bedingungen kann beim Brennen eine Flamme entstehen (siehe weiter unten). Begriffe um das Wort "Feuer"
Brennen / Brand
am 10. August 2012. Fassen wir unsere Erkenntnisse aus den Versuchen zusammen:
Unsere Experimente haben folgendes ergeben:
- Eine Kerze verbrennt zu Wasser(dampf), Ruß und Kohlenstoffdioxid. Eine Kerze erlischt, wenn sie keine Luft mehr bekommt. Die Kerze verbraucht also Luft (oder ein Bestandteil der Luft).
- Beim Erhitzen von Kupfer entsteht ein neuer Stoff (schwarzer Feststoff; Kupferoxid).
- Ist das Kupferblech gefaltet, so entsteht der neue Stoff nur außen.
- Für die chemische Reaktion könnte bedeutsam sein:
- Die Flamme selbst.
- Die Luft oder ein Bestandteil der Luft scheint für eine Verbrennung nötig zu sein.
- Vermutung aus Vorwissen: Sauerstoff.
Auftrag:
Findet eine Erklärung dafür, dass man mit Wasser sehr gut löschen kann und verhindern kann, dass benachbarte brennbare Stoffe Feuer fangen!
Umgang mit den Hilfen
Hinweise (für LehrerInnen)
Was ist Feuer? | Die Kerzenflamme im Detail | Fließdiagramm - Die Kerzenflamme | Zerteilungsgrad |
| | | |
(docx)