Forschungsbericht zum Sauerstoffplaneten

Unser Auftrag: Wir müssen unbedingt mit Hilfe des Feuers den Sauerstoff erforschen. Um dieses zu erlangen sind wir zu dem Planeten Erde geflogen.

Tag 1: Wie kann man Feuer transportieren?

Feuer zu transportieren geht wenn man ein bisschen von dem Docht einer brennenden Kerze abschneidet, so kann man ihn durch den Raum tragen bis der Brennstoff ausgeht.

Tag 2: Lässt sich Feuer in geschlossenen Gefäßen transportieren?

Kleines Glas (6cm. hoch): 7 sek.
Mittleres Glas (9,5cm. hoch): 19 sek.
Großes Glas (12,5cm. hoch): 28 sek.

Die Kerze brennt, solange sie im Glas Sauerstoff zum Brennen hat. Je größer das Glas ist desto mehr Sauerstoff ist in dem Glas und desto länger brennt die Kerze.

Tag 3: Was passiert mit Feuer in einer Kohlenstoffdioxidatmosphäre?

Backpulver reagiert mit Essig und es entsteht Kohlenstoffdioxid, der die Luft im Glas verdrängt. Dadurch geht die Kerze aus und lässt sich erst einmal nicht wieder anzünden.

Tag 4: Welchen Teil der Lufthülle benötigt das Feuer zum Brennen?

Eine Kerze, die unter einem Glas auf Wasser schwimmt befindet sich in einem geschlossenen Gefäß. Wenn die Kerze brennt verbraucht sie den vorhandenen Sauerstoff. Die Kerze geht aus und das Wasser steigt in dem Glas höher(weil die Kerze den Sauerstoff verbraucht entsteht ein Unterdruck in dem Glas der das Wasser hineinsaugt).

Bei der Reaktion von Wasserstoffperoxid und Mangandioxid entsteht ein Gas, welches gut brennt die Verbrennung gut unterstützt und wenn man den Holzspan glühend reinhält fängt dieser stärker an zu brennen.

Diese Glimmspanprobe ist ein Nachweis für Sauerstoff.

Feuer benötigt also das Gas Sauerstoff zum Brennen - unsere Atmosphäre besteht zu ca. ~1/5~ aus Sauerstoff.

Zusammensetzung der Luft

trockene Luft

Die Zusammensetzung trockener Luft (nach Römpp) - Wasserstoff ist mit weniger als 0,001% enthalten, daher wird in der Diagrammbeschriftung auf 0,000% gerundet.

Feuchte Luft kann, je nach Temperatur, unterschiedlich viel Wasserdampf enthalten - der absolute Gehalt kann bei warmer Luft bis zu 30% betragen, liegt meistens aber deutlich darunter (in kalter Luft deutlich unter 1%).

Tag 5: Wann beginnen Stoffe zu brennen?

Holzstab: 9 sek.
Holzspäne: 4 sek.

Die Holzspäne brennen schneller, weil die Flamme die dünne Schicht schneller erwärmt und so kann es sie schneller anzünden.

Die Holzspäne haben bei gleicher Masse im Vergleich zum Holzstab eine größere Oberfläche, damit kommt gleichzeitig mehr Sauerstoff mit dem Holz in Kontakt und die Späne können besser brennen.

Streichhölzer fangen auch an zu brennen, wenn man sie in einem Reagenzglas in die Flamme hält - für das Entfachen eines Feuers ist also die Hitze ausschlaggebend, nicht der Kontakt mit einer offenen Flamme.

Tag 6: Zusammenfassung der Tage 1-5

Feuer ist ein seltsamer Stoff, es benötigt Sauerstoff aus der Luft und einen brennbaren Stoff zum Brennen. Es ist sehr heiß und wenn man es schnell bewegt geht es aus.

unter Mitarbeit von Carolin, Ulrike, Karl (u.a.) entstanden

Tag 7: Fragen der Zentrale

Ist eine Flamme überall gleich?

Nein, eine Flamme sieht nicht überall gleich aus.

Warum brennt eine Kerze nur am Docht?
Wie muss Wachs beschaffen sein um zu brennen?

Das Wachs muss gasförmig sein um zu brennen.

Wird eine Kerze beim Brennen leichter oder schrumpft sie nur?

Beim Brennen wird eine Kerze leichter und schrumpft.

Welches Verbrennungsgas entsteht? Handelt es sich bei der Verbrennung um eine chemische Reaktion?

Bei der Verbrennung entsteht Kohlenstoffdioxid. Da ein neuer Stoff entsteht handelt es sich um eine chemische Reaktion.

Enthält der Qualm auch Wasserdampf?

Ja, der Qualm enthält auch Wasserdampf - das Wasser war aber nicht im Wachs enthalten (sonst würde die Kerze beim Brennen laut knistern) sondern entsteht bei der Verbrennung.

Was geschieht mit den Wachs- und den Sauerstoffteilchen?

Eine Kerzenflamme ist in Abhängigkeit von der Sauerstoffzufuhr unterschiedlich heiß und unterschiedlich gefärbt.

Der Kerzendocht lässt sich leichter anzünden als das Kerzenwachs, durch diese Startflamme wird das Wachs geschmolzen. Das geschmolzene Wachs wird durch den Docht aufgesaugt und verdampft an der dadurch vergrößerten Oberfläche. Nur das gasförmige Wachs kann verbrennen.

Beim Verbrennen schrumpft eine Kerze und wird leichter, weil das Kerzenwachs verbrennt. Genauer: Das feste Kerzenwachs wird zunächst geschmolzen, verdampft und reagiert dann mit dem Sauerstoff der Luft zu gasförmigen Stoffen (vor allem Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf).

Wachs (g) + Sauerstoff (g) {right} over {+ Energie} Kohlenstoffdioxid (g) + Wasser (g)

Die Teilchen des Sauerstoffs und die aus dem Wachs werden bei dieser Reaktion also getrennt (dafür wird Energie benötigt) und dann neu zusammengesetzt (dabei wird Energie frei).

Bei einer Verbrennungsreaktion wird mehr Energie frei als am Anfang hineingesteckt wurde. Solche Reaktionen nennt man exotherm.

Sauerstoff (engl. Oxygen)

Sauerstoffteilchen (Moleküle){right} over {+ Energie} Sauerstoffteilchen (Atome)
O2 {right} over {+ Energie} O + O
O2 {right} over {+ Energie} 2 O

Die Produkte einer Verbrennungsreaktion enthalten immer mindestens ein Sauerstoffatom. Darum nennt man diese Stoffe Oxide, die Reaktion Oxidation.

Tag 8: Feuer und Wasser

Wenn man einen Streifen Papier einer Flamme nähert, verändert er sich ungefähr im Abstand von 1 cm zur Flamme. Jedoch fängt er erst an zu brennen wenn er nur noch 5 mm von der Flamme entfernt ist. Bei einem feuchten Streifen Papier ist es fast genau so - nur dauert es länger bis der Streifen Feuer fängt.

Eine mit Wasser gefüllte Streichholzschachtel fängt nicht an zu brennen. Sie wird jedoch unten schwarz.

Auch wenn normales Feuer mit Wasser gelöscht wird, dürfen Öl- und Fettbrände sowie Metallbrände nicht mit Wasser gelöscht werden, da es hier zu heftigen Reaktionen kommen kann, die das Feuer weiter anfachen.

Das Gas, das beim Schütteln aus einer Mineralwasserflasche entweicht löscht eine brennende Kerze - es handelt sich also um Kohlenstoffdioxid.

Aus Natron, Essig, Wasser und Spülmittel kann man einen Schaumlöscher bauen: Da bei der Reaktion von Natron und Essig Kohlenstoffdioxid entsteht, enthält der sich bildende Schaum keine Luft, sondern eben Kohlenstoffdioxid, das eine Flamme erstickt.

Da Feuer Sauerstoff und einen brennbaren Stoff braucht um zu brennen versucht die Feuerwehr genau diese Bedingungen dem Feuer zu nehmen.

Feuer - Feuer löschen - Feuerwehr

Bei den Experimenten zu Tag 8 des Sauerstoffplaneten ging es ja ums Feuer löschen - dazu haben wir uns dann noch ein paar Gedanken gemacht:

Feuer löschen mit Wasser: senkt die Temperatur unter die Entzündungstemperatur

Feuer löschen mit Sand, Löschdecke, CO2: unterbindet die Sauerstoffzufuhr

Bei manchen Bränden, z.B. Waldbränden, kann es auch effektiv sein, durch Schneisen den Nachschub an brennbarem Material zu unterbinden.

Schließlich haben wir die Werksfeuerfehr der BASF / Glasurit in Hiltrup besucht und neben der Technik auch eine praktische Unterweisung in der Bedienung eines Feuerlöschers bekommen.

die Grundlage für die Texte zu Tag 7/8 kommt aus einer Schülermappe

schule/ch/jahr1/forschungsbericht.txt · Zuletzt geändert: 2018/05/30 19:11 von ahrens
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