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Wunderkerzen und Knallerbsen zur Demonstration der Aktivierungsenergie

von Johanna Schakowske

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Ziel des Versuchs Dieser Versuch zeigt, dass bei verschiedenen Vorgängen Aktivierungsenergie eingesetzt werden muss, um die chemischer Reaktion in Gang zu bringen. Außerdem wird beim Gebrauch einer Knallerbse gezeigt, dass Aktivierungsenergie nicht nur in Form von Wärmeenergie sondern hier z.B. als Reibungswärme zugeführt werden kann.

Vorbemerkung

Dieser Versuch zeigt, dass bei verschiedenen Vorgängen Aktivierungsenergie eingesetzt werden muss, um die chemischer Reaktion in Gang zu bringen. Außerdem wird beim Gebrauch einer Knallerbse gezeigt, dass Aktivierungsenergie nicht nur in Form von Wärmeenergie sondern hier z.B. als Reibungswärme zugeführt werden kann. Für die Deutung des Versuchs wäre es sinnvoll, in der Klasse vorher den einfachen Redoxbegriff behandelt zu haben.

Materialien

Feuerzeug

Chemikalien

Wunderkerze, Knallerbsen

Gefahrstoffe

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS-Piktogramme
Bariumnitrat H332, H302 – GHS07
Bariumoxid H301, H332, H314 P280, P301+P330+P331, P304+P340, P309+P310 GHS06 GHS05

Durchführung

Der gesamte Versuch besteht aus zwei Teilversuchen:

  1. Ein Feuerzeug wird an die Spitze einer Wunderkerze gehalten.
  2. Eine Knallerbse wird aus 10 cm Höhe und eine weitere aus 1,5 m Höhe auf den Boden fallen gelassen.

Beobachtung

In den Teilversuchen konnte folgendes beobachtet werden:

  1. Die Wunderkerze wird mit Hilfe des Feuerzeuges entzündet und brennt anschließend von alleine weiter.
  2. Bei dem Knallerbsenfall aus 10 cm Höhe ist keine Reaktion zu erkennen. Die Knallerbse, die aus 1,5 m Höhe auf den Bode fällt, reagiert und knallt.

Abbildungen

  • Abb. 1: Die Wunderkerze vor dem Entzünden
  • Abb. 2: Die Wunderkerze während dem Entzünden
  • Abb 3: Die Wunderkerze nach dem Entzünden

Deutung

Die Teilversuche können folgendermaßen erklärt werden:

  1. Die Reaktion der Wunderkerze findet erst statt, nachdem mit Hilfe des Feuerzeugs Aktivierungsenergie in Form von Wärme hinzugefügt wurde. In der Wunderkerze finden mehrere Reaktionen gleichzeitig statt:
    a) 2 Ba(NO3)2 → 2 BaO + 2 N2 + 5 O2
    b) 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
    c) 4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
    2. Die typischen Funken der Wunderkerze entstehen durch das Verbrennen von Eisen. Die Wärme für die hierfür benötigte Reaktion stellt die Reaktion zwischen Aluminium mit Sauerstoff (aus a). Aluminium und Eisen nehmen bei der Verbrennung einer Wunderkerze Sauerstoff auf und werden somit oxidiert (b + c). Der Sauerstoff stammt aus der Reduktion von Bariumnitrat.
  2. Die Reaktion der Knallerbsen kann nur stattfinden, wenn genügend Energie in Form von Bewegungsenergie hinzugefügt wird.

Entsorgung

Alle verwendeten Stoffe können über den Restmüll entsorgt werden.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Der Versuch ist besonders zur Einführung in das Thema „Aktivierungsenergie“ als SuS-Versuch geeignet, weil allen SuS die zu erwartenden Abläufe schon bekannt sind und sie sich so genau auf das Aktivieren der Reaktion konzentrieren können.

Die Materialien sind leicht zu beschaffen; der Versuch braucht keine Vorbereitungszeit und gelingt immer.

An diesem Versuch kann gut gezeigt werden, dass es verschiedene Formen der Aktivierungsenergie gibt und nicht nur „Wärmenergie“.

Die Reaktionsgleichungen in der Deutung zum „Wunderkerzenversuch“ können gegebenenfalls aus der Erklärung herausgelassen werden, wenn die Klasse zu diesem Zeitpunkt noch keine Reaktionsgleichungen im Unterricht behandelt hat. Der Schwerpunkt der Deutung sollte auf der Aktivierungsenergie liegen und nicht auf der nachfolgenden Reaktion, die dadurch ausgelöst wurde.