Die Pyrotechnik - Freiherr-vom-Stein

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Die Pyrotechnik 2012
Die Pyrotechnik
Jahresarbeit 2011/2012
Sören Gundlach
Jahrgang 012
Freiherr-Vom-Stein-Schule
Fach: Chemie
Fachlehrer: Herr Möller-Linke
Walburg, den 15.04.2012
1
"Das Publikum beklatscht
ein Feuerwerk, aber keinen
Sonnenaufgang!"
Friedrich Hebbel, 18.03.1823 -13.12.1863
Deutscher Dichter
2
Inhaltsverzeichnis
1.Glossar............................................................................................................................4
2.Vorwort...........................................................................................................................5
3.Geschichte der Pyrotechnik............................................................................................6
4. Arten von Feuerwerken.................................................................................................8
5.Schwarzpulver................................................................................................................9
5.1 Energiegehalt.................................................................................................10
5.2 Reaktion.........................................................................................................12
5.3 Zündschnur....................................................................................................18
5.4 in Feuerwerksraketen und Knallkörpern.......................................................20
6. Farb- und Geräuscheffekte..........................................................................................21
7. Gefahren -und Verletzungspotential, Feinstaubbelastung durch Feuerwerke.............24
7.1 Gefahren- und Verletzungspotential durch unsachgemäße Anwendung......24
7.2 Feinstaubbelastung durch Feuerwerke..........................................................24
8. Nachwort.....................................................................................................................25
9. Literaturverzeichnis.....................................................................................................27
10. Quellenangaben.........................................................................................................27
11. Anhang.......................................................................................................................30
3
1. Glossar
Bombenkalorimeter: Ein Bombenkalorimeter dient zur Bestimmung des Brennwertes
eines Stoffes unter Sauerstoffatmosphäre und hohem Druck. Es wird in einen mit
temperiertem Wasser gefüllten Stahlcontainer eine Bombe eingelassen, in der eine
Sauerstoffatmosphäre unter einem Druck von 20-30 bar herrscht. Der zu bestimmende
Stoff befindet sich in einem Tiegel innerhalb der Bombe und wird dann entzündet und
verbrannt. 1
Enthalpie: Chemische Reaktionen laufen oft in offenen Systemen bei konstantem Druck
ab. Dort wird dann Volumenarbeit geleistet. Diese entsteht aus Volumenänderungen bei
konstantem Druck. Die Differenz zweier Energieterme, also durch innere Energie und
das Produkt aus Druck und Volumen wird als Qp bestimmt. Solch ein Energieterm wird
als Enthalpie bezeichnet. 2
Qp = H2 -H1 =∆H
Powerindex: Der Powerindex lässt sich aus dem Produkt aus Wärmemenge und
Gasvolumen des zu beschreibenden Stoffes im Verhältnis zum Produkt aus
Wärmemenge und Gasvolumen der Pikrinsäure bestimmen. 3
Detonation: Eine Detonation ist eine unter extrem rascher Energiefreisetzung
ablaufende Reaktion, entweder von explosiven Gasgemischen oder brisanten
Explosivstoffen (chem. Reaktion) oder von Kernspaltstoffen (nukleare Reaktion). Sie
pflanzt sich infolge eines plötzlichen Druckanstieges unter Knallentwicklung mit
wesentlich höherer Geschwindigkeit als die Explosion fort und hat zerstörende
Wirkung. 4
1
wikipedia.org: Zitieren von Quellen im Internet. o.J. Online in Internet: URL:
http://de.wikipedia.org/wiki/Bombenkalorimeter [Stand 13.4.2012]
2
Kl ett Verl ag: Innere Energi e und Enthalpie, in: Elemente Chemie II Gesamtband, hrsg. von u.a. Eisner,
Werner und Gietz, Paul, Stuttgart, 2000, S.109
3
Zilles, Philipp: Zitieren von Quellen im Internet. 26.02.2002. Onli ne in Internet: URL:
http://www.chids.de/dachs/expvortr/655rPyrotechni k_Zilles.pdf [Stand 3.3.2012]
4
dtv-Lexikon: Detonation, in: dtv-Lexikon Band 4, hrsg. von Deutscher Taschenbuch Verl ag, Mannheim,
München, 1990, S.83
4
Treibsatz: Ein Treibsatz ist ein fertig gestellter Antrieb für Modellraketen. Er besteht
aus Treibladung, Verzögerungsladung und Ausstoßladung. Schwarzpulver dient meist
als Treibstoff. 5
Zerlegerladung: Eine Zerlegerladung wird durch in Feuerwerkskörpern enthaltene
Verzögerung am Zenit (Höhepunkt) der Flugbahn von Bombetten, Bomben und
Raketen gezündet und lässt diese explodieren. 6
2. Vorwort
Welche Assoziation springt mir als erstes bei dem Wort Pyrotechnik ins Gedächtnis?
Es ist Sylvester. Jedes Jahr wird am 31. Dezember, dem letzten Tag des Jahres, um
Mitternacht von jedermann Feuerwerk zur Begrüßung des Neujahrs gezündet. Seien es
Knaller, Heuler, Raketen, Batteriefeuerwerke oder andere Leucht- und Knallsätze, die
das neue Jahr begrüßen. Dabei lassen viele von ihnen den Nachthimmel zu einem mit
samt leuchtenden Tiefrot und anderen Farben wie Kobaltblau erstrahlen. 7
Auch in Airbags, Munition, Gurtstraffern und Notsignalpistolen etc. wird Pyrotechnik
verwendet. Es geht im Grunde darum, viel Energie in möglichst geringer Zeit frei zu
setzen.
Ich möchte mich in meiner Jahresarbeit allerdings mit dem Feuerwerk, "der Kunst der
Verschwendung", auseinandersetzen.
Wie entsteht nun dieses Lichtermeer? Durch welche chemischen Bestandteile entsteht
es, und warum macht man überhaupt Feuerwerk, da es ja im Prinzip nutzlos ist, also
eigentlich nur eine Verschwendung darstellt?
Diese "Verschwendung" ging vor Allem aus dem Gebrauch des Schwarzpulvers hervor.
Schwarzpulver wird diesbezüglich eine große Rolle in meiner Jahresarbeit spielen. Wie
setzt es sich zusammen und in wie fern gebraucht man es? Welche Diskrepanzen, wie
z.B. die Feinstaubentwicklung können daraus entstehen?
5
wikipedia.org: o.J., http://de.wikipedia.org/wiki/Treibsatz_%28Modellrakete%29
Feuer werk.net: Zitieren von Quellen im Internet. o.J. Onl ine in Internet: URL:
http://www.feuerwerk.net/wiki/Zerl egerladung [Stand 14.4.12]
7
Kohler, Georg: Der große Augenblick und seine Spuren, in: Die schöne Kunst der Vers chwendung, hrsg.
von: u.a. Kohl er, Georg und Keller, Dominik, Zürich und München 1988, S.7 ff.
6
5
Zudem ist der Gebrauch von Feuerwerk nicht ungefährlich. Jedes Jahr verletzten sich
Menschen bei dem vor allem Dingen unsachgemäßen Gebrauch von
Feuerwerkskörpern. Selbstgebaute Sprengkörper beinhalten sogar ein sehr hohes
Gefahrenpotential. (Falsch kalkulierte Abmessungen bei der Herstellung oder falsches
Verhalten der Verbraucher führen zu Unfällen.). Ein verantwortungsvolles und
sachgemäßes Handeln mit Feuerwerkskörpern ist also unabdingbar. Meiner Meinung
nach sollte dies im Schulunterricht häufiger angesprochen werden. Beispielsweise
könnte man kleine Schülerversuche im Unterricht durchführen, damit zuhause keine
größeren Unfälle passieren. 8 Die chemischen und physikalischen Vorgänge werden den
Schülern näher gebracht, vor Allem in pyrotechnischen Versuchen wie bspw. bei der
Herstellung einer Wunderkerze. Damit kann die Einschätzungskraft geschult werden
und Unfälle werden vermieden.
Im Nachfolgenden werde ich mich mit den Mischverhältnissen der Chemikalien
auseinandersetzen. Auch kleine Mengen erzeugen schon Licht und Rauch! 9
3. Geschichte der Pyrotechnik
Im fünften Jahrhundert nach Christus wurde das erste bekannte pyrotechnische
Gemisch, welches aus Pech und Schwefel bestand, entdeckt. Daraufhin wurde im 7.
Jahrhundert das Griechische Feuer (Falbe) verwendet. 10 Jedoch existieren keine
Dokumente, die dies bestätigen können. Somit kämen Araber und Griechen als Erfinder
in Frage, denn schon 670. n. Chr. soll ihnen das "Griechische Feuer" bekannt gewesen
sein. Dieses bestand aus einem Gemisch aus Salpeter, Ölen und Schwefel und wurde
ausschließlich für militärische Zwecke eingesetzt. Es galt auch als Vorläufer des
Schwarzpulvers. 11
Marcus Graecus soll das Griechische Feuer und ein dem Schwarzpulver ähnliches
Gemisch im 8. Jahrhundert in seinem Buch "Liber ignium ad comburendos hostes"
erwähnt haben. 12 Ab dem 9. Jahrhundert findet sich das wohl wichtigste pyrotechnische
Gemisch, das Schwarzpulver, in China unter dem Namen "huo yao" (Feuerdroge) und
8
Zilles, Philipp: 2002, http://www.chids.de/dachs/expvortr/655rPyrotechni k_Zilles.pdf
10
11
Feuer werk.net: o.J., http://www.feuerwerk.net/wiki/Schwarzpulver
12
9
6
gelangte sehr wahrscheinlich im 13. Jahrhundert über arabische Handelswege nach
Europa. 13 Dies belegen auch die gesicherten Aufnahmen des englischen Mönchs Roger
Bacon. In seinem Werk "Opus Majus" (ca. 1267) beschreibt er ein Gemisch aus
Salpeter, Holzkohle und Schwefel. Dieses Gemisch habe er für die Verwendung in
Knallkörpern benutzt.
Auch der nicht belegbare Mythos von Berthold Schwarz,
einem Mann mit dem Namen Constantin Anklitzen, der einem
freiburgischen Franziskanerkloster unter dem Namen Berthold
beitritt und dann durch Experimentieren zufälligerweise
Schwarzpulver entdeckt und dadurch seinen Beinamen
Schwarz erhält, deckt die Aussage, dass das Schwarzpulver in
dem Zeitraum des 13. und 14. Jahrhundert nach Europa
gelangte. Schwarz habe um das Jahr 1380 mit dem
neuentdeckten Gemisch mit Feuerwaffen experimentiert.
Leider ist der Mythos nicht belegbar, da kurz vor der
Reformation alle Aufzeichnungen innerhalb des Klosters
zerstört wurden. Sicher jedoch war, dass Freiburg im 14. und
15. Jahrhundert ein Zentrum in der Entwicklung von
Feuerwaffen und der Ausbildung von Kanonieren war. 14
Abb.1: Berthold Schwarz
Die Frage, wer nun das Schwarzpulver erfunden hat, ist schier unbeantwortbar, da viele
Quellen nicht belegbar sind. So könnte in Indien bereits schon vor China das
Schwarzpulver erfunden worden sein.
1379 feierte man den chronikalischen Anfang der europäischen Lustfeuerwerke. Es
wurden regelrechte Feuerdramen inszeniert, wie zum Beispiel in Vicenza an Pfingsten
1379. Man habe damals in Form einer "feurigen Taube" den "heiligen Geist" der
Schwarzpulverchemie auf ein erschrocken gebanntes Publikum herabgesenkt. 15
13
15
Kohler, Die schöne Kunst der Vers chwendung, S.8
14
7
Solche Kunstfeuerwerke entzückten viele Poeten und Philosophen, so auch den
deutschen Dichter Friedrich Hebbel, dessen Zitat die zweite Seite meiner Jahresarbeit
ziert. Vermutlich steigerte sich das Interesse am Feuerwerk mit der Entdeckung des
Schwarzpulvers, also grob im 14. Jahrhundert. Viele Werke, wie das erste deutsche
Feuerwerksbüchlein aus dem Jahr 1420, berichten v.a. über die Entwicklung und
Nutzung des Schwarzpulvers in Feuerwaffen für kriegerische Zwecke, aber auch von
der friedlichen Nutzung des Schwarzpulvers in der sog. "Kunstfeuerwerkerei". Die
militärische und zivile Nutzung des Schwarzpulvers laufen parallel zueinander. Die
Entwicklung der Einsatzbereiche des Schwarzpulvers werden dabei zu diesem
Zeitpunkt nicht getrennt. 16 Im Zeitraum des 16. -bis 18. Jahrhunderts feierte die
Kunstfeuerwerkerei ihren Höhepunkt und im 19. Jahrhundert wurden erste farbige
Effekte mit in die Feuerwerke hineingearbeitet. Zudem wurde im 19. Jahrhundert nun
erstmals beruflich zwischen Lust- und Kriegsfeuerwerk unterschieden. 17
Heutzutage nutzen wir die Pyrotechnik in vielen Bereichen. Zum Einen finden wir sie in
dem Sektor der Kunstfeuerwerkerei:
Allein im Jahr 2011 wurden in Deutschland 113 Millionen Euro für Raketen und Böller
ausgegeben. 18 Auch in anderen Ländern war dies nicht anders und das forderte seine
Opfer. So wurden auf den Philippinen Sylvester 500 Menschen verletzt. 19 Auch in
Fußballstadien und bei Privatpartys findet Feuerwerk seine Nutzung.
Zum Anderen findet die Pyrotechnik nützliche und im Leben hilfreiche praktische
Anwendung. So z.B. in Airbags und Notsignalpistolen. 20
4. Arten von Feuerwe rken
Feuerwerke sind durch Lichteffekte, Geräuscheffekte, Rauch und Nebel aufgebaut.
Diese Effekte werden beispielsweise bei Boden- und Höhenfeuerwerken verwendet.
16
Kohler, Die schöne Kunst der Vers chwendung, S.8
18
zdf heute: Zitieren von Quellen im Internet. 29.12.2011. Onl ine in Internet: URL:
http://www.zdf.de/ZDFmediathek/beitrag/video/1530444/Feuerwerk-Fans-wollen-es-krachenlassen#/beitrag/video/1530444/Feuerwerk-Fans-wollen-es-krachen-lassen [Stand 10.3.2012]
19
spiegel onli ne: Zitieren von Quellen im Internet. 1.1.2012. Onl ine in Internet: URL:
http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,806568,00.html [Stand 10.3.2012]
20
Professor, Hübner, Eike: Zitieren von Quellen im Internet. 26.10.2011. Onli ne in Internet: URL:
http://video.tu-clausthal.de/film/328.html [Stand 10.3.2012]
17
8
Boden- und Höhenfeuerwerke lassen sich insofern unterscheiden, da die Steighöhe der
Raketenschüsse sehr unterschiedlich ist. Höhenfeuerwerke sind im Prinzip alle
Feuerwerkskörper, deren Effektkörper in die Höhe geschossen werden, oder durch den
Eigenantrieb in den Himmel aufsteigen. Bodenfeuerwerke sind fest im Boden verankert.
Fontänen, Vulkane, Sonnen, Springbrunnen, Wasserfälle und Lichtbilder werden in
diese Kategorie der Feuerwerke eingeordnet.
Zudem gibt es noch Musikfeuerwerke. Diese werden zu einer bestimmten Musik
choreografiert und haben ihren Ursprung zur Zeit des Barocks. Heutzutage ist dies mit
Hilfe von Zündmaschinen wesentlich einfacher zu gestalten, da so schlaggenaue
Feuerwerke zum Takt möglich werden.
Darüber hinaus gibt es Seefeuerwerke, technische Feuerwerke wie z.B. Bühnen- bzw.
Theaterfeuerwerke, Feuershows, Filmspezialeffekte oder reine Illuminationen. 21
5. Schwarzpulver
Schwarzpulver war der erste
Explosivstoff und wurde als
Schießpulver in Schusswaffen
verwendet. 22 Je nach
Mischungsverhältnissen seiner
Bestandteile unterscheidet man
in Jagd-, Musketen-, und
Sprengpulver. 23 Schwarzpulver
kann also u.a. auch als
Abb.2: Gekörntes Schwarzpulver
Sprengmittel gebraucht werden.
Für Sprengarbeiten werden heute andere Explosivstoffe verwendet (TNT,
Plastiksprengstoff, Dynamit etc.). Heutzutage findet Schwarzpulver hauptsächlich
21
http://de.wikipedia.org/wiki/Feuerwerk#Arten_von_Feuerwerken
22
Dürhol dt, Franz: Zitieren von Quellen im Internet. o.J. Online in Internet: URL:
http://www.duerholdt.de/index.php?i d=1018 [Stand 25.3.10]
23
Dr. , Gelingsheim, Karl: Eine Anleitung für Dilettanten, in: Die mod erne Kunstfeuerwerkerei, hrs g. von
Dr. Karl Gelingsheim, Stuttgart 1913, S. 47 ff.
9
Anwendung in der Pyrotechnik. 24 Dort wird es als Korn -oder Mehlpulver verwendet:
Es gibt hierbei unterschiedliche Formen, die zu unterschiedlichen Oberflächengrößen
des Pulvers führen. Dadurch entsteht ein unterschiedlich schneller Abbrand, was
wiederum zu anderer Gasfreisetzung und Reaktionszeiten führt. Die optimale
Zusammensetzung ist schon sehr früh bekannt gewesen. Sie ist wahrscheinlich durch
methodische Versuche optimiert und so hergeleitet wurden, wie man es heutzutage auch
noch nutzt. Hierbei finden wir die drei Hauptbestandteile des Schwarzpulvers. Es sind
Salpeter, Holzkohle und Schwefel. 25 Typischerweise hat Schwarzpulver einen
Masseanteil von 75% an Salpeter, 15% an Holzkohle und 10% an Schwefel. Dies lässt
sich von den Masseanteilen des Schießpulvers ableiten. Es besteht aus 74% Salpeter,
15,6% Holzkohle und 10,4% Schwefel. 26 Diese Werte können je nach Anwendungsund Einsatzbereich variieren. Deshalb muss der gesamte Bereich der drei brennbaren
Bestandteile als "Schwarzpulver" verstanden werden.
Für die Pyrotechnik bietet sich Schwarzpulver als optimaler Explosivstoff an, weil es
sich gegenüber Reibung und Druck relativ unempfindlich verhält. Bei relativ geringer
Gefahr kann es somit gut transportiert und gelagert werden. Der Gebrauch im privaten
Bereich ist im Vergleich zu anderen Hochexplosivstoffen daher relativ sicher. Deshalb
kann auch jeder Raketenliebhaber und "Pyromane" zur Zeit um Sylvester in den
Fachgeschäften jeweilige Artikel erwerben. 27
Schwarzpulver darf zudem nur noch industriell produziert werden. Die private
Herstellung weist zu viele Gefahren auf. Dies belegen viele Unfälle! 28
5.1 Energiegehalt von Schwarzpulver
Innerhalb einer chemischen Reaktion wird Energie frei gegeben. Bei konstantem Druck
nennt man sie Verbrennungsenthalpie.
Eine Verbrennungsenthalpie besteht aus der Änderung der inneren Energie bei
konstantem Druck und der geleisteten Druck-Volumen-Arbeit.
24
Dürhol dt, Franz: o.J. ,http://www.duerhol dt.de/index.php?i d=1018 [Stand 25.3.10]
Seel, Fri tz: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers, Le charbon fait la poudre hrsg. von Fritz Seel,
1988
26
27
28
Professor, Hübner, Eike: http://video.tu-clausthal.de/film/328.html
25
10
Sie kann aber auch durch die freiwerdende Wärmemenge bei konstantem Volumen mit
der geleisteten Druck-Volumen-Arbeit gleichgesetzt werden.
Die bei der Verbrennung des Schwarzpulvers entstehende Wärmemenge und deren
Volumen kann mit einem Bombenkalorimeter gemessen werden.
Nach Informationen aus literarischen Quellen weichen die Angaben über die
Reaktionswärme und des freigewordenen Gasvolumens dabei stark ab. Nach "Von
Ellern" sei die freiwerdende Wärmemenge im Bereich von 2352- 3504J g-1 und das
Gasvolumen bei 198- 360 mL g-1 . Diese Reaktionsenthalpie sei jedoch nur ein
schlechtes Maß zur Messung der Explosionskraft. Der sog. "Powerindex" ist dazu
besser geeignet. Nach diesem liegen die Werte von Schwarzpulver im Bereich von 1747%. Im Vergleich dazu haben Nitroglycerin (171%) und TNT (115%) eine deutlich
höhere Explosionskraft.
Diese Werte stehen zudem passend in Relation zur Detonationsgeschwindigkeit (m/s).
Schwarzpulver hat eine Detonationsgeschwindigkeit von 300- 500 m/s und
Sprenggelatine, welche aus Nitroglycerin und Kollodium besteht, eine
Detonationsgeschwindigkeit von 7700 m/s. 29 Dies belegt noch einmal, dass
Schwarzpulver nicht der "beste" Sprengstoff z.B. bei Tunnelbauarbeiten ist.
Abb.3: Gepresstes Schwarzpulver als Treibsatz
dieses Raketensatzes
29
11
5.2 Reaktion
Welche Aufgaben erfüllen die drei Hauptbestandteile des Schwarzpulvers innerhalb
einer Reaktion?
Kaliumnitrat, also Salpeter, ist der Sauerstofflieferant. Holzkohle dient als Brennstoff
und Schwefel dient sowohl als Brennstoff, als auch als Senker der Zündtemperatur. Bei
10% Schwefel liegt diese bei 310°C und bei 0% Schwefel würde sie bei 400°C liegen.
Wie schon erwähnt, setzt sich Schwarzpulver annähernd optimal aus 75% Salpeter, 15%
Holzkohle und 10% Schwefel zusammen. Diese Werte beziehen sich auf das Volumen.
Auf das Gewicht bezogen hätte Holzkohle nur etwa 12%. In Molanteilen würde sich
Schwarzpulver folgendermaßen berechnen:
75g KNO3
12g C
10g S
Das wären somit 97g Schwarzpulver. In Mol ausgedrückt würden diese
0.74 Mol KNO3
1.0 Mol C
0.31 Mol S
enthalten.
Bei der Freisetzung der Wärmemenge und des Gasvolumens sind drastische
Unterschiede der Ergebnisse zu finden. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?
Im Jahr 1857 hat Bunsen mit seinem Schüler L.Schischkoff eine Abhandlung, die
"Chemische Theorie des Schießpulvers", veröffentlicht. Diese findet sich auch in den
Theorien über den Ablauf der Schwarzpulverreaktion Justus Liebigs wieder. 1882
waren sie in seinen Bänden 212 und 213 beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine
Folge von Redox-Reaktionen30 :
30
1988
12
1.Vorgang (Oxidation): 16 KNO3 + 13 C + 5S → 3 K2CO3 + 5 K2 SO4 +9 CO2 + CO + 8
N2
2.Vorgang (Reduktion): 4 K2 SO 4 + 7 C → K2 CO3 + K2 S2 + 5 CO2
An diesem Reaktionsablauf sind jedoch folgende Kritikpunkte aufzuweisen. Erstens
passt die schnelle Reaktion des Schwarzpulvers nicht zu der komplizierten Gleichung.
Zweitens teilt man heute eine Reaktion in bimolekulare Schritte, in sog. Reaktionen auf,
an denen nur zwei Moleküle beteiligt sind.
Liebig versuchte die einzelnen Schritte der vorhandenen Reaktionsgleichung aufzuteilen
und dann zu untersuchen. Bei der Aufteilung arbeitete Liebig nur mit zwei Molekülen
von den insgesamt drei Komponenten des Schwarzpulvers. Daraus resultierten Liebigs
folgende Ergebnisse:
I. Die Umsetzung von Kaliumnitrat und - nitrit mit Kohle:
2 KNO3 + C → 2KNO2 + CO2
2 KNO2 + 1,5 C → K2CO3 + N2 + 0,5 CO2
Bei der Erhitzung von Kaliumnitrat mit Kohlenstoff geschieht eine annähernd gleiche
Reaktion wie bei Schwarzpulver. Nur die Entzündungstemperatur liegt bei ca. 375°C.
Vor der Reaktion kann man Stickstoffdioxid nachweisen (NO 2 ). Abschließend lässt sich
sagen, dass aus Kaliumnitrat Kaliumnitrit entsteht. Bei dem gleichen Versuch mit
Kaliumnitrit lässt sich beobachten, dass die Zündtemperatur geringer ist. Noch geringer
ist die Zündtemperatur von Kaliumhyponitrit (K2 S2 O2 ). Wenn man dies in den
Zusammenhang einordnet, lässt sich feststellen, dass Kaliumhyponitrit als
Hauptkomponente mit der Kohle reagiert.
K2 S2 O2 → K2O2 + N2
Darauf basierend kann die Reaktion von Nitrat und Nitrit mit Kohle auf schrittweise
Sauerstoffübertragung zurückgeführt werden. Aus weiteren Versuchen lässt sich
13
schlussfolgern, dass sich ein explosiver Feststoff bildet, der die plötzliche Reaktion
bewirkt. Dabei kommt die Verbindung von Kalium-diacetylendiolat (KOC≡COK) in
Frage. Dies ist denkbar, da das aus KNO entstehende Hyponitrit zur Bildung dieser
explosiven Verbindung führt.
II. Die Umsetzung von Nitrat und Nitrit mit Schwefel und Schwefelwasserstoff:
2 KNO3 + 1/8 S8 → K2 SO4 + 2 NO
2 KNO2 + 1/4 S8 → K2 S2O3 + N2 O
Die Resultate der Reaktionen unterscheiden sich drastisch. Bei der Umsetzung von
Kaliumnirtat mit Schwefel entstehen Kaliumsulfat und Stickstoffmonoxyd. Bei der
Reaktion von Kaliumnitrit mit Schwefel entstehen wiederum Thiosulfat und
Distickstoffmonoxyd. 31
Im Vergleich zu der Reaktion mit zusätzlichem Kaliumcarbonat laufen diese
Reaktionen verhältnismäßig harmlos ab. Das Gemisch mit Kaliumcarbonat lässt sich
zwar gefahrlos entzünden. Bei langsamem Erhitzen bis zum Schmelzpunkt kann das
Gemisch jedoch detonieren. Bei der Reaktion des Schwarzpulvers entsteht unter
anderem auch H2 S . Hierfür werden Versuche mit Nitrat und Nitrit durchgeführt. Dabei
wurden stark differenzierbare Ergebnisse bei den jeweiligen Versuchen festgestellt.
Weitere Versuche haben die Produkte Lachgas (N2 O), Ammoniak (NH3 ),
Ammoniumhydrogensulfid (NH4 ), Kaliumpolysulfid, Thiosulfat (K2 S2 O3 ) und
Kaliumsulfat (K2 SO 4 ) hervorgebracht.
III. Die Umsetzung von Schwefel mit Kohlen:
Erstens ist anzumerken, dass das Verhalten von Schwefel gegenüber Kohle nicht mit
Kohlenstoff zu verwechseln ist. Zum einen reagiert Graphit (annähernd reiner
Kohlenstoff) erst mit Schwefel oberhalb von 600°C zu Schwefelkohlenstoff.
31
1988
14
Desweiteren beginnt bei der Verwendung von Buchen -und Erlenholzkohle bereits ab
250°C die Reaktion, wobei Schwefelwasserstoff (H2 S) entsteht. Dieser entsteht
ebenfalls, wenn man aus fertigem Schwarzpulver das Kaliumnitrat entfernt. Dabei wird
deutlich, dass der Schwefel weniger mit dem Kohlenstoff reagiert, sondern stärker mit
dem gebundenen Wasserstoff.
IV. Reaktion der Kohle mit Wasser:
C + H2 O → CO + H2
(Wassergasreaktion)
CO + 3 H2 → CH4 + H2O (Methansynthese)
Die Wichtigkeit des von der Kohle absorbierten Wassers ist häufig nicht
wahrgenommen worden. Der Wasserstoff und das Methan in der Pulvergasmischung
zeigen, dass die Wassergasreaktion abläuft, an die sich die Methansynthese anschließen
kann.
Das Schwarzpulver war jahrhundertelang Schieß-, Spreng- und Superkonzentrat
chemischer Energie. Diese wurde durch Menschenhand freigesetzt. Wie wäre die
Geschichte nun verlaufen, wenn der Mensch nicht diese Energie gehabt hätte, die sich
allein durch die richtige Lage eines Punktes in einem Dreieck bestimmen lässt? 32
Abb. 4: Anwendungsabhängige Zusammensetzung
des Sc hwarzpulve rs. Abb. verändert nac h Shimizu
(1976, S. 63).
32
Seel , Fri tz: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers, Le charbon fait la poudre hrsg. von Fritz Seel,
1988
15
Die folgende Tabelle zeigt die einzelnen Teilvorgänge der Schwarzpulver-Global-Reaktion33 :
Tabelle 1:
Ausgangsstoffe
(Edukte)
Nitrat + Kohle
Nitrat + Schwefel
Nitrit + Kohle
Nitrit +
Kohlenmonoxid
Nitrit +Schwefel
f
A
B
B
G
G
G
Cyanid + Schwefel G
Wasser
Gasphasen
Edukte
Produkte
∆H°[kJ/mol]
64x KNO3 + C
1x 2 KNO3 + S
4x KNO2 +3 C
18x 2 KNO2 + CO
→ KNO2 + CO
→ K2SO4 + 2 NO
→ KCN + 2 CO
→ K2CO3 + 2NO
+787
-268
+147
-2059
32x KNO2 + S
→ KSNO2
0
11x 2 KSNO2
2x 2KSNO2
4x KNO2 +NO2
6x KNO2 + K2S2O3
3x 2 KSNO2
6x KNO3 +K2SO3
4x KCN + S
1x 2 KSCN + 6 H2O
→ K2S2O3 + N2O
→ K2S2 + 2 NO2
→ KNO3 + NO
→ K2SO3 + KSNO2
→ K2S2O3 +N2O
→ K2SO4 +KNO2
→ KSCN
→ K2CO3 + (NH4) 2CO3 +
2 H2S
→ H2 + CO
→ N2 + CO
→ 1/2 N2 + CO2
→ CH4 + H2O
-3533
+738
-264
+161
-963
-1168
-364
-51
13x C + H2O
14x N2O + CO
42x NO + CO
3x 3 H2 + CO
-1703
-5106
-15691
-618
= -31458
Wie bereits in den vorherigen Punkten aufgegriffen, ist die Reaktion des
Schwarzpulvers schwer zu definieren. Nach M. S. Russel lautet die Reaktionsgleichung
für ein Gemisch aus 75,7% Kaliumnitrat, 11,7% Kohlepulver, 9,7% Schwefel und 2,9%
Feuchtigkeit so 34 :
74 KNO3 + 96 C + 30 S + 16 H2O → 35 N2 + 56 CO2 + 14 CO + 3 CH4 + 2 H2S + 4 H2 + 19 K2CO3 + 7
K2SO4 + 8 K2S2O3 + 2 K2S + 2 KSCN + (NH4) 2CO3 + C + S
(M. S. Russel, The Chemistry of fireworks, 2000)
33
Seel , Fri tz: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers, Le charbon fait la poudre hrsg. von Fritz Seel,
1988
34
16
Bei der Verbrennung von Schwarzpulver laufen viele komplexe Reaktionen ab. Die
wichtigsten Reaktion sind:
Hauptgleichungen35 :
S + 2 KNO3 → K2SO4 + 2 NO
3 C + 2KNO3 → K2 CO3 + N2 + CO2 + CO
Das bei der Schwarzpulverreaktion entstandene Kaliumnitrit bildet mit Schwefel unter
anderem Distickstoffoxid.
Explosionsreaktionen36 :
N2O + CO → N2 + CO2
NO + CO → 1 /2 N2 + CO2
Weitere Produkte aus 1kg Schwarzpulver bei Normbedingungen, sprich
Raumtemperatur bei normalem Atmosphärendruck, sind ca. 350 l Gas. 37 Bei
Normaldruck und Verbrennungstemperatur, also ca. 1500°C, entstehen 2300l Gas.
Darunter sind 710 l N2 , 1130 l CO 2 , 280 l CO, 60 l CH4 , 40 l H2 S und 80 l H2. Zudem
entstehen 0,6 kg Rauch, welcher aus 290 g K2 CO 3 , 110 g K2 SO4 , 125 g K2S2O3 , 30 g
K2 S2 , 30 g KSCN und 15 g (NH4 )2 CO 3 besteht. 38
35
Hagen, Thomas: Zitieren von Quellen im Internet. Winters emester 2001/2002. Online in Internet: URL:
http://daten.didaktikchemie.uni -bayreuth.de/umat/feuer werk/feuer werk.htm#2.3 [S tand 5.4.2012]
36
Hagen, Thomas: 2001/2002, http://daten.didaktikchemie.uni bayreuth.de/umat/feuer werk/feuer werk.htm#2.3
37
38
Hagen, Thomas: 2001/2002, http://daten.didaktikchemie.uni bayreuth.de/umat/feuer werk/feuer werk.htm#2.3
17
5.3 Zündschnüre
Es gibt verschiedene Arten von Zündschnüren.(z.B. Anzündlitze, Plastic Igniter Cord
(PIC), Stoppinen, Zündbänder etc.). Ich möchte in meiner Jahresarbeit aber
schwerpunktartig auf die Stoppinen und Zündbänder eingehen.
Stoppinen bestehen aus einem Baumwoll- oder Jutegewebe. Dieses wird bei der
Herstellung in eine gesättigte Kaliumnitrat-Lösung getränkt und anschließend mit
Schwarzpulverbrei beschichtet und dann getrocknet. 39 Die nun hergestellte Stoppine
dient als Vermittler des Feuers, um lokal getrennte Feuerwerkskörper zu entzünden. 40
Sie ist sehr funken- und flammenempfindlich. 41
Nach Entzündung läuft das Feuer normalerweise langsam. Ist es in einer Papierröhre
eingeschlossen, jedoch rasch! 42
Ohne Röhre brennt eine Stoppine relativ langsam, d.h. sie benötigt ca. 40 Sekunden pro
Meter. In einer Röhre kann die Verbrennungsgeschwindigkeit jedoch bis zu 10 Meter
pro Sekunde betragen, da die entstehenden Funken die Verbrennungsgeschwindigkeit
durch Verbrennungsgase vorantreiben. 43
Abb.5: Schwarzpulver- Stoppinen
39
Abb.6: Gedeckte Stoppinen
Feuer werk.net: o.J., http://www.feuerwerk.net/wiki/Matchtape
Dr., Gelingsheim, Karl: Die moderne Kunstfeuerwerkerei hrsg. von Dr. Karl Gelingsheim, 1913
41
42
Dr., Gelingsheim, Karl: Die moderne Kunstfeuerwerkerei hrsg. von Dr. Karl Gelingsheim, 1913
43
40
18
Zündbänder bzw. Matchtapes brennen vergleichsweise schneller als Stoppinen. Zudem
läuft der Verbrennungsvorgang verzögerungsfrei ab, was das Ganze komfortabler
gestaltet. Sie werden beispielsweise bei dem Verleiten von Lichtbildern benutzt. Sie
bestehen aus einem breiten, oft durchsichtigem Klebeband mit Längsspur aus feinem
gekörntem Schwarzpulver. 44
Abb.7: Zündband
Zudem gibt es noch Anzündlitze, Plastic Igniter Cord (PIC), Visco, Chinazündschnüre,
Zeitzündschnüre und Pyroschnüre, die andere Verwendung finden.
44
19
5.4 Schwarzpulver in Feue rwerks raketen und Knallkörpern
Schwarzpulver ist der Hauptbestandteil in Feuerwerksraketen, Feuerwerksbomben und
Knallkörpern. Ich möchte hier speziell über diese Raketen und Knallkörper sprechen.
Raketen besitzen einen Treibsatz und eine Zerlegerladung. 45 Der Treibsatz besteht aus
gepresstem Schwarzpulver oder Pyrodex. Er muss absolut frei von Rissen sein,
ansonsten wäre die Explosionsgefahr beim Entzünden zu hoch. Der Treibsatz hat die
Funktion des Antriebs der Rakete. 46
Die Zerlegerladung ist im Effektkopf und besteht auch aus Schwarzpulver. Ein
Verzögerungszünder verbindet den Treibsatz mit der Zerlegerladung und dient dazu,
dass der Effektkopf erst dann explodiert, wenn die Rakete an ihrem höchsten Punkt ist.
Solche Exemplare gibt es in Größenbereichen der zentimetergroßen bis zu mehreren
Meter großen Raketen. 47
Die "Seelenbrennerrakete" ist ein Typ, der
Treibsatz und Zerlegerladung aufweist. Die
"Schüttrakete" beispielsweise funktioniert
anders.
Innerhalb des Treibsatzes ist ein Hohlraum.
Dieser wird auch Seele genannt. Er bietet
eine große Abbrandoberfläche, die der
Rakete einen starken Anfangsschub verleiht.
Während des Abbrennens des Treibsatzes
stabilisiert sich die Rakete durch den
Anfangsschub für die ersten Sekunden.
Dann nimmt der Schub ab, bis der
Pulverpressling am oberen Ende des
Treibsatzes durchbrennt. Dieses
Abb.8: Seelenbrennerrakete
45
47
46
20
Durchbrennen entzündet dann auch die Zerlegerladung, die wiederum die Leuchtsterne
entzündet und den Effektkopf zerreißt. Durch die Wucht der Explosion werden die
Leuchtsterne auseinander geschleudert. 48
"Knallkörper" ist ein Sammelbegriff für verschiedene Feuerwerkskörper, die einen
Knall als Effekt erzeugen. 49 Meist sind es Zylinder, die aus Papier bestehen. Die Enden
sind mit Tonerde bzw. mit Papier verschlossen. 50
Innerhalb des Zylinders befindet sich ein gepulverter pyrotechnischer Satz. 51 Durch ein
Ende führt eine Zündschnur, meist eine Stoppine, da sie langsamer abbrennt. 52 Nach der
Entzündung findet ein Druckanstieg des Gases innerhalb des Knallkörpers statt, der ihn
letztendlich auch zerreißt. Die Druckentlastung erzeugt schließlich den Knall. Je höher
der Druck innerhalb des Knallkörpes ist, desto lauter ist auch der Knall. Um mehr
Druck innerhalb eines Knallkörpers aufzubauen, braucht man also stabilere Hülsen, die
mehr Druck aushalten können. In anderen Ländern gibt es Knallkörper, die mit
Blitzknall-Sätzen gefüllt sind. Diese erzeugen auch ohne stabile Hülse einen sehr lauten
Knalleffekt. 53
6. Farb- und Geräuscheffekte
An den Blitzknallsatz möchte ich nun anknüpfen. Er besteht aus Kaliumperchlorat und
sehr feinem Aluminiumpulver als Effekt- oder Zerlegerladung. Der Blitzknallsatz
verbrennt mit hoher Temperatur bei einer sehr hoher Reaktionsgeschwindigkeit. Hier
reicht schon eine nur einseitig verdämmte Papphülse, die trotz geringer Verdämmung
von der Perchlorat-Aluminium-Mischung mit einem hellen Blitz und einem lauten
Knall zerrissen wird. Dies ist allerdings sehr gefährlich und kann zu schweren
Verletzungen führen. 54 Um den gleichen Effekt zu erreichen, müsste Schwarzpulver in
Gegensatz dazu sehr stark verdämmt werden.
48
Feuer werk.net: o.J., http://www.feuerwerk.net/wiki/Rakete
Feuer werk.net: o.J., http://www.feuerwerk.net/wiki/Knallkörper
50
51
52
53
54
Feuer werk.net: o.J., http://www.feuerwerk.net/wiki/Blitzknall
49
21
Typischerweise wird ein Mischverhältnis von 70% Kaliumperchlorat zu 30%
Aluminium gewählt. Kaliumperchlorat ist das Oxidationsmittel und Aluminium der
Brennstoff. Folgende Reaktionsgleichung könnte dies bei Vernachlässigung der
Temperaturen darstellen:
3 KClO4 + 8 AL → 3 KC l + 4 Al2 O3
Bei einem Mischverhältnis von 70% Kaliumperchlorat und 30% Aluminium würde sich
die Reaktionsgleichung etwa so darstellen:
2 KClO4 + 4 Al → 2 KCl + 2 Al2 O3 + O2
Hierbei beeinflusst die Wahl der Verhältnisse an Sauerstoffspender zu Brennstoff die
Geschwindigkeit des Abbrands. 55
Bei Pyrosternen entsteht die "Lichtentstehung" beispielsweise folgendermaßen:
Die Elektronen des Farbgebers werden durch hohe Temperaturen in einen angeregten
Zustand gebracht. Dieser ist instabil und führt zu einem Rückfall in einen niedrigeren
Energiezustand. Die Differenz der Energie spiegelt sich nun als Licht wieder. 56
E(freiwerdende Energie) = E1(Energie im angeregten Zustand) – E0(Energie im energieärmeren Zustand)
Die hohe Temperatur dient also dazu, dass die "Farbgeber" leuchten. Jedoch leuchtet
nur der Gasraum über dem brennenden Satz in der gewünschten Farbe.
Eine gewünschte Farbe zu bekommen ist jedoch nicht immer einfach. Das folgende
Beispiel soll dies verdeutlichen. Wählen wir hierzu Kupfer als Farbgeber:
MeOH + CuCl2 + CH2 Cl2 + HCl → CuCl : (blau)
MeOH + CuCl2 + NH3 → CuOH
55
: (grün)
Treiber, Michael: Zitieren von Quellen im Internet. 1998/99. Onli ne in Internet: URL:
www.studentshelp.de/d/referate/pdf /6879.pdf [Stand 12.4.2012]
56
22
Die Problematik der blauen Funken ist, dass das menschliche Auge nur eine schwache
Empfindlichkeit für diese Farbe hat. Das andere Problem ist, dass nur wenige Farbgeber
für blau existieren. 57
Pyrotechniker wollen auch "Funken" in ihre Feuerwerken einbauen. Diese sind
strahlende Artikel. Sie strahlen in Abhängigkeit zu ihrer Temperatur. Ein Funke ist
zudem ein Gegenstand, der strahlt, und kein Gas. Funken entstehen beispielsweise bei
der Verbrennung von Metallpulvern. Hierbei lässt sich mit der Farbgestaltung in
gewissen Bereichen "spielen". Metalle erzeugen keine bei Raumtemperatur gasförmigen
Verbrennungsprodukte. Daraus folgt, dass sie eine lokal höhere
Verbrennungstemperatur haben.
"Kohle" lässt sich nun als dunkelstes Farbelement in das dunkelrote/goldene
Farbspektrum einordnen. Es folgt "Eisen" im goldenen- gelben Bereich. "Aluminium"
strahlt gelb-weiß und stellt sich als nahezu hellstes Element dar. Nur Magnesium und
Titan leuchten noch heller. Sie lassen sich als hellweiß einordnen.
Mit diesen genannten Elementen lässt sich in einem Feuerwerk ein sehr großes
Farbspektrum abdecken. 58
Da man auch gerne "mehrfarbige bunte" Funken hätte, haben die Pyrotechniker einen
Trick entwickelt: die "Mikrosterne". Mikrosterne sind gröbere Körner. Sie haben nicht
den gleichen Effekt wie Funken. Sie stellen lediglich eine Funkenimitation dar. 59
Geräuscheffekte:
Als Beispiel für die Geräuscheffekte möchte ich den sog. "Heuler" nennen. Ein Heuler
besteht aus einer einseitig verschlossenen Papier- oder Kunststoffhülse. In diese ist ein
etwa 1/3 der Hülsenlänge entsprechender pyrotechnischer Satz eingepresst. Bei einem
Heuler handelt es sich um ein Zweikomponentengemisch. Es besteht aus
Kaliumperchlorat und Natrium- oder Kaliumsalz und einer aromatischen Säure
(Benzoesäure, Salicylsäure). Der Pfeifton entsteht durch das Abbrennen des Satzes. Es
57
59
58
23
werden Schwingungen erzeugt, die den Ton verursachen. 60 Das organische Salz dient
hierbei als Brennstoff und Kaliumperchlorat als Sauerstoffspender. Das
Mischungsverhältnis besteht aus 75% Kaliumperchlorat und 25% Natriumsalicylat.
Dieser Satz ist einem Knallsatz sehr ähnlich, kann jedoch öfters zünden.
Folgende Reaktionsgleichung zeigt die Zusammensetzung der chemischen Elemente:
2 NaC 7 H5O3 + 7 KClO4 → Na2 O + 7 KCl + 5 H2 O + 14 CO2
Außerdem ist zu erwähnen, dass ein Heulsatz wie ein Knallsatz detonieren kann. 61
7. Gefahren -und Verletzungspotential, Feinstaubbelastung durch Feue rwerke
7.1 Gefahren- und Verletzungspotential durch unsachge mäße Anwe ndung:
Jedes Jahr an Sylvester gibt es viele Verletzte durch Feuerwerke. Verletzungen von
Verbrennungen bis hin zu Knochenbrüchen der Finger, temporäre Hörverluste und
Augenverletzungen werden durch die alljährlichen Pressemitteilungen bestätigt. 62
7.2 Feinstaubbelastung durch Feuerwe rke
Eine weitere Gefährdung ist die aus dem Abbrennen der Feuerwerkskörpern
resultierende Feinstaubbelastung. 63 Am Neujahrstag ist die Feinstaubbelastung so hoch
wie an keinem anderen Tag des Jahres. Vor allem in den Städten, in denen viele
Feuerwerke gezündet werden. "Nach Mitternacht nimmt die Feinstaubkonzentration in
den Städten sprunghaft zu.", sagt Arno Graff vom Umweltbundesamt in Dessau. Die
Messwerte seien bis zu 4.000 Mikrogramm Feinstaub pro Kubikmeter Luft nach der
ersten Stunde im neuen Jahr gestiegen. 64 In einem Bonner Viertel, wo normalerweise 22
60
Feuer werk.net: o.J., http://www.feuerwerk.net/wiki/Heuler
62
Geri scher Landrock, Walter: Zitieren von Quellen im Internet. o.J. Onl ine in Internet: URL:
http://sciencev1.orf.at/science/news/36765 [Stand 10.4.2012]
63
http://de.wikipedia.org/wiki/Feuerwerk#Feinstaubbelastung_durch_Feuerwerk e [Stand 10.4.2012]
64
stern.de: Zitieren von Quellen im Internet. 27.12.2007. Onli ne in Internet: URL:
http://www.stern.de/wissen/mensch/silvester-feinstaub-rekord-durchs-feuerwerk-606416.html
61
24
Mikrogramm Feinstaub aufzufinden sind, wurden kurz nach Mitternacht Werte über
140.000 Mikrogramm gemessen. Das entspricht dem 6.300- fachen Normalwert. Nach
EU-Grenzwerten sei ein Wert von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft erlaubt. 65
Diese erhöhten Feinstaubwerte können die Atemwege schädigen, Asthma verursachen
und sogar Entzündungen, Herzkreislaufprobleme66 und Krebs auslösen. 67
8. Nachwort
Das von mir zum Einstieg in meine Jahresarbeit gewählte Zitat von Friedrich Hebbel
lautet: "Das Publikum beklatscht das Feuerwerk, aber keinen Sonnenaufgang."
Warum beklatscht das Publikum ein Feuerwerk, aber keinen Sonnenaufgang? Ein
Sonnenaufgang erzeugt schließlich nützliches Licht, und das nicht nur im Dunkeln.
Meiner Meinung nach ist es fantastisch, wenn verschiedene Farbelemente in der
dunklen Nacht am Himmel erblickt werden können. Es ist eine durch den Mensch
erschaffene und faszinierende Kunst, die bis in die weite Vergangenheit Chinas
zurückverfolgt werden kann. Diese faszinierende Kunst lohnt es tatsächlich zu
beklatschen, da viele chemische Elemente zu einem bunten Lichtermeer kombiniert
werden.
Schwarzpulver dient in dieser Kunst als Hauptkomponente und setzt sich üblicherweise
aus 75% Salpeter, 15% Holzkohle und 10% Schwefel zusammen. Es wird in
Zündschnüren, Treibsätzen und Zerlegerladungen eingesetzt. Die bei der Verwendung
des Schwarzpulvers einsetzenden Reaktionen sind dabei äußerst kompliziert. Im
Hauptteil meiner Jahresarbeit wir dies erläutert. Es laufen viele Teilvorgänge ab, die
auch in der Tabelle auf S.16 zu sehen sind.
[Stand 10.4.2012]
sueddeutsche.de: Zitieren von Quellen im Internet. 30.12.2008. Onli ne in Internet: URL:
http://www.sueddeutsche.de/wissen/feinstaubbelastung-silvester-kann-toedlich-sein-1.365085
[Stand 10.4.2012]
66
stern.de: 27.12.2007, http://www.stern.de/wissen/mensch/silvester-feinstaub-rekord-durchsfeuer werk-606416.html
67
sueddeutsche.de: 30.12.2008, http://www.sueddeutsche.de/wissen/feinstaubbelastung-silvesterkann-toedlich-sein-1.365085
65
25
Mit Schwarzpulver, als Hauptkomponente der Pyrotechnik, kann man also
"Lichtermeere", ja bunte "Lichtkompositionen" erzeugen. Wo es Licht gibt, gibt es
allerdings auch Schatten. Die Kunstfeuerwerkerei birgt auch Risiken in sich. Jedes Jahr
an Sylvester verletzten sich Menschen bei der unsachgemäßen Benutzung von
Feuerwerkskörpern. Aber nicht nur die Explosionskraft stellt ein Risiko dar. Auch die
Feinstaubbelastung bringt Probleme mit sich. Auch sie kann zu schweren
Gesundheitsschäden führen.
Innerhalb des Bearbeitungszeitraums meiner Jahresarbeit habe ich die im Vorwort
angesprochenen Fragen geklärt, hinterfragt und zu beantworten versucht.
Vor allem die Frage, wie sich Schwarzpulver innerhalb eines Feuerwerkkörpers verhält
und wie es reagiert, haben mich sehr beschäftigt und interessiert. Dies war allerdings
auch der komplizierteste Teil der Arbeit.
Ich empfehle jedem "Feuerwerksinteressierten" sich mit der Pyrotechnik intensiv
auseinanderzusetzen. Die Pyrotechnik ist eine Sparte der Chemie mit vielen
theoretischen Inhalten. Deren praktische Umsetzung führt allerdings zu den schönsten
und ästhetischsten Feuerwerken, die bei besonderen Festen und Anlässen (Eröffnungsund Abschlussfeier der Olympischen Spielen etc.) und nicht nur an Sylvester zur
Geltung kommen. Dies zeigt unter anderem auch die Vorlesung von Professor Eike
Hübner, mit der ich mich intensiv beschäftigt habe.
Abschließend kann ich sagen, dass es mir viel Spaß gemacht hat, mich mit dem Thema
"Pyrotechnik" zu beschäftigen. Besonders interessiert mich hierbei die Problematik der
Feinstaubbelastung und Verletzungsminimierung. Wie kann man zur Senkung der
Feinstaubbelastung beitragen ohne gleichzeitig die Ästhetik eines Feuerwerkes zu
mindern?
Ein Batteriefeuerwerk mit Feinstaubfilter wäre z.B. ein innovativer und idealer
Lösungsansatz. Um Gesundheitsschäden und Verletzungen zu reduzieren, sollten
Feuerwerke sach- und fachkundig abgebrannt werden. Hierzu könnten verpflichtende
Eignungskurse angeboten werden (Kleiner Feuerwerksexplosivstoffschein).
26
Dabei dürfte es klar sein, dass das Abbrennen eines Feuerwerkes bei klarem Verstand,
also nicht berauscht, stattzufinden hat!
9. Lite raturverzeichnis
 Dr. Karl Gelingsheim: Die moderne Kunstfeuerwerkerei, Eine Anleitung für
Dilettanten, Strecker & Schröder Verlag, Stuttgart, 1913
 dtv- Lexikon: Band 4 Cuc-Eis, Deutscher Taschenbuch Verlag, Mannheim und
München, 1990
 Fritz Seel: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers, Le charbon fait la
poudre, Chemie in unserer Zeit, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,
Weinheim, 1988
 Georg Kohler: Die schöne Kunst der Verschwendung, Fest und Feuerwerk in der
europäischen Geschichte, Artemis Verlag, 1988
 Werner Eisner: Elemente Chemie II Gesamtband, Klett Verlag, Stuttgart, 2000
10. Quellenangaben
Internetquellen:

Dürholdt, Franz: Schwarzpulver, o.J.,
http://www.duerholdt.de/index.php?id=1018 [Stand 25.3.10]
 Feuerwerk.net: Blitzknall, Heuler, Knallkörper, Matchtape, Rakete,
Schwarzpulver, Zerlegerladung, o.J.,
http://www.feuerwerk.net/wiki/ [Stand 14.4.12]
27

Gerischer Landrock, Walter: Sylvester, Feuerwerk und die Folgen, o.J.,
http://sciencev1.orf.at/science/news/36765 [Stand 10.4.2012]
 Hagen, Thomas: Chemie der Feuerwerkskörper, Wintersemester 2001/2002,
http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/feuerwerk/feuerwerk.htm#2.3
[Stand 5.4.2012]
 Professor, Hübner, Eike: Chemie ist, wenn es knallt und stinkt. Wie
funktionieren Feuerwerke?, 26.10.2011,
http://video.tu-clausthal.de/film/328.html [Stand 10.3.2012]
 spiegel online: Traurige Silvester-Bilanz, 1.1.2012,
http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,806568,00.html [Stand 10.3.2012]
 stern.de: Feinstaub-Rekord durchs Feuerwerk, 27.12.2007,
http://www.stern.de/wissen/mensch/silvester-feinstaub-rekord-durchsfeuerwerk-606416.html [Stand 10.4.2012]
 sueddeutsche.de: Feinstaubbelastung Silvester kann tödlich sein, 30.12.2008,
http://www.sueddeutsche.de/wissen/feinstaubbelastung-silvester-kann-toedlichsein-1.365085 [Stand 10.4.2012]
 Treiber, Michael: Flammenfärbung, 1998/1999,
http://www.studentshelp.de/d/referate/pdf/6879.pdf [Stand 12.4.2012]

wikipedia.org: Arten von Feuerwerken, Bombenkalorimeter,
Feinstaubbelastung durch Feuerwerke, Modellrakete, o.J.,
http://de.wikipedia.org/wiki/ [Stand 13.4.2012]
28
 zdf heute: Feuerwerkfans wollen es krachen lassen, 29.12.2011,
http://www.zdf.de/ZDFmediathek/beitrag/video/1530444/Feuerwerk-Fanswollen-es-krachen- lassen#/beitrag/video/1530444/Feuerwerk-Fans-wollen-eskrachen-lassen [Stand 10.3.2012]
 Zilles, Philipp: Pyrotechnik, 26.02.2002,
http://www.chids.de/dachs/expvortr/655rPyrotechnik_Zilles.pdf
[Stand 3.3.2012]
Bildquellen:
Wasserzeichen:
http://www.tobiaspfau.de/cms-gfx/archiv- i00000345w740h720q97.jpg
Deckblatt:
http://www.digiklix.de/2007/12/29/tipp-feuerwerk-fotografieren/
Abbildung 1:
http://www.goethezeitportal.de/fileadmin/Images/db/wiss/bildende_kunst/illustrationen/
musaeus/schellenberg_freund_hein/Schellenberg_Schwarz__500x729_.jpg
Abbildung 2:
http://www.duerholdt.de/index.php?id=1018
Abbildung 3:
http://www.ammersee-region.de/grafiken/heiraten/feuerwerk-5.jpg
Abbildung 4:
http://www.chids.de/dachs/expvortr/655rPyrotechnik_Zilles.pdf (S.5)
Abbildung 5:
http://www.feuerwerk.net/wiki/Bild:Stoppinen_Trocknen.jpg
Abbildung 6:
http://www.feuerwerk.net/wiki/Bild:Stoppinen_Gedeckt.jpg
Abbildung 7:
http://www.feuerwerk.net/wiki/Bild:Tapematch_fein.jpg
Abbildung 8:
http://www.feuerwerk.net/wiki/Rakete
29
Tabelle 1:
Teilvorgänge der Schwarzpulver-Global- Reaktion:
Fritz Seel: Geschichte und Chemie des Schwarzpulvers, Le charbon fait la poudre, 1988
11. Anhang
http://www.duerholdt.de/index.php?id=1018
http://www.feuerwerk.net/wiki/
http://sciencev1.orf.at/science/news/36765
http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/feuerwerk/feuerwerk.htm#2.3
http://video.tu-clausthal.de/film/328.html
http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,806568,00.html
http://www.stern.de/wissen/mensch/silvester-feinstaub-rekord-durchs-feuerwerk606416.html
http://www.sueddeutsche.de/wissen/feinstaubbelastung-silvester-kann-toedlich-sein1.365085
http://www.studentshelp.de/d/referate/pdf/6879.pdf
http://de.wikipedia.org/wiki/
http://www.zdf.de/ZDFmediathek/beitrag/video/1530444/Feuerwerk-Fans-wollen-eskrachen-lassen#/beitrag/video/1530444/Feuerwerk-Fans-wollen-es-krachen-lassen
http://www.chids.de/dachs/expvortr/655rPyrotechnik_Zilles.pdf
http://www.tobiaspfau.de/cms-gfx/archiv- i00000345w740h720q97.jpg
http://www.digiklix.de/2007/12/29/tipp-feuerwerk-fotografieren/
http://www.goethezeitportal.de/fileadmin/Images/db/wiss/bildende_kunst/illustrationen/
musaeus/schellenberg_freund_hein/Schellenberg_Schwarz__500x729_.jpg
http://www.ammersee-region.de/grafiken/heiraten/feuerwerk-5.jpg
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Die Pyrotechnik - Freiherr-vom-Stein

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