Die Chemie hinter Wunderkerzen

Nicht alle Feuerwerke sind gleich. Zum Beispiel gibt es einen Unterschied zwischen einem Kracher und einer Wunderkerze: Das Ziel eines Krachers ist es, eine kontrollierte Explosion zu erzeugen; Eine Wunderkerze hingegen brennt über einen langen Zeitraum (bis zu einer Minute) und erzeugt einen strahlenden Funkenregen.

Wunderkerzen-Chemie

Eine Wunderkerze besteht aus mehreren Substanzen:

• Ein Oxidationsmittel
• Ein Kraftstoff
• Eisen, Stahl, Aluminium oder anderes Metallpulver
• Ein brennbares Bindemittel

Zusätzlich zu diesen Komponenten können auch Färbemittel und Verbindungen zugesetzt werden, um die chemische Reaktion zu mildern. Holzkohle und Schwefel sind oft Feuerwerkskraftstoffe, oder Wunderkerzen verwenden einfach das Bindemittel als Brennstoff. Das Bindemittel ist normalerweise Zucker, Stärke oder Schellack. Kaliumnitrat oder Kaliumchlorat können als Oxidationsmittel verwendet werden. Metalle werden verwendet, um die Funken zu erzeugen. Wunderkerzenformeln können recht einfach sein. Beispielsweise kann eine Wunderkerze nur aus Kaliumperchlorat, Titan oder Aluminium und Dextrin bestehen.

Nachdem Sie die Zusammensetzung einer Wunderkerze gesehen haben, wollen wir uns überlegen, wie diese Chemikalien miteinander reagieren.

Oxidationsmittel

Oxidationsmittel erzeugen Sauerstoff, um die Mischung zu verbrennen. Oxidationsmittel sind üblicherweise Nitrate, Chlorate oder Perchlorate. Nitrate bestehen aus einem Metallion und einem Nitration. Nitrate geben 30% ihres Sauerstoffs ab und ergeben Nitrite und Sauerstoff. Die resultierende Gleichung für Kaliumnitrat sieht folgendermaßen aus:

2 KNO₃(durchgehend) → 2 KNO₂(fest) + O₂(Gas)

Chlorate bestehen aus einem Metallion und dem Chloration. Chlorate geben ihren gesamten Sauerstoff ab und verursachen eine spektakulärere Reaktion. Dies bedeutet jedoch auch, dass sie explosiv sind. Ein Beispiel für Kaliumchlorat, das seinen Sauerstoff liefert, sieht folgendermaßen aus:

2 KClO₃(fest) → 2 KCl (fest) + 3 O₂(Gas)

Perchlorate enthalten mehr Sauerstoff, aber es ist weniger wahrscheinlich, dass sie infolge eines Aufpralls explodieren als Chlorate. Kaliumperchlorat liefert bei dieser Reaktion seinen Sauerstoff:

KClO₄(fest) → KCl (fest) + 2 O₂(Gas)

Reduktionsmittel

Die Reduktionsmittel sind der Brennstoff, mit dem der von den Oxidationsmitteln erzeugte Sauerstoff verbrannt wird. Diese Verbrennung erzeugt heißes Gas. Beispiele für Reduktionsmittel sind Schwefel und Holzkohle, die mit dem Sauerstoff zu Schwefeldioxid (SO 2) reagieren₂) und Kohlendioxid (CO₂), beziehungsweise.

Regulierungsbehörden

Zwei Reduktionsmittel können kombiniert werden, um die Reaktion zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Auch Metalle beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit. Feinere Metallpulver reagieren schneller als grobe Pulver oder Flocken. Andere Substanzen wie Maismehl können ebenfalls zugesetzt werden, um die Reaktion zu regulieren.

Bindemittel

Bindemittel halten die Mischung zusammen. Für eine Wunderkerze sind übliche Bindemittel Dextrin (ein mit Wasser angefeuchteter Zucker) oder eine mit Alkohol angefeuchtete Schellackverbindung. Das Bindemittel kann als Reduktionsmittel und als Reaktionsmoderator dienen.