Wenn es glüht und leuchtet: Wie erklärt die Chemie Feuer und

Wenn es glüht und leuchtet:
Wie erklärt die Chemie Feuer und Flamme
Kinderuni Hochrhein
Roger Alberto und Heinz Spring
Institut für Chemie, Universität Zürich
27. Januar 2016
KHR-1
KHR-1
Wenn es glüht und leuchtet ..
KHR-2
Wenn es glüht und leuchtet ..
Feuer und Flammen tauchen in unserem Leben häufig auf
Lagerfeuer
Feuerwerk
Es gibt die unterschiedlichsten Formen und Farben von Feuer
KHR-3
Wenn es glüht und leuchtet ..
Doch was ist Feuer eigentlich ?
Wir wollen euch zeigen ...
.... dass Feuer in einer chemischen Reaktion entsteht
... wie die Hitze im Feuer entsteht
... wie das Licht im Feuer entsteht
... dass es Feuer ohne Flammen und Flammen ohne Feuer gibt
KHR-4
Wenn es glüht und leuchtet ..
Feuer = Hitze und Licht
Was ist nötig damit ein Feuer entsteht ?
Etwas das brennt + Luft = chemische Reaktion
Warum brennt Wasser nicht ?
KHR-5
Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist eigentlich Hitze?
Feuer ist heiss
Schauen wir uns Flammen an und messen die Temperatur
Wir können Hitze mit dem Thermometer messen,
KHR-6
Feuer und Flamme ... für Chemie
Temperatur von Flammen messen
KHR-7
Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist eigentlich Hitze?
Wir sehen das Feuer, weil es heiss ist und deshalb leuchtet.
Können wir Temperatur sichtbar machen ?
Dieses Licht sieht unser Auge
Dieses Licht fühlen wir als Hitze
Dieses Licht sieht und photographiert die Infrarot-Kamera
KHR-8
Was ist eigentlich Hitze?
Wir machen in einem Experiment flüssiges Eisen und...
... spüren die Hitze über die unsichtbare Infrarot Strahlung
KHR-9
Wenn es glüht und leuchtet ..
Wir machen flüssiges Eisen (1300° C)
KHR-10
Wenn es glüht und leuchtet ..
Die Infrarot-Kamera
KHR-11
Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist eigentlich Hitze?
Wir können unsichtbare Wärme oder Hitze sichtbar machen
mit einer speziellen Infrarotkamera
Obwohl der Düsenstrahl heisser (800°C) ist als ..
..eine Kerzenflamme (700° C), sehen wir ihn nicht
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist eigentlich Hitze?
Feuer und Flammen bestehen aus Gasen
Luft besteht aus Molekülen, die sich frei bewegen
Gasmoleküle
O
O
O2
Sauerstoff
N
N
N2
Stickstoff
O
C
O
CO2
Kohlendioxyd
Je schneller sie sich bewegen, umso heisser ist das Gas
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist eigentlich Hitze?
Luft besteht aus Molekülen, die sich frei bewegen
Je schneller sie sich bewegen, umso heisser ist das Gas
Dank an Prof. Peter Hamm, Physikalisch-chemisches Institut UZH
KHR-14
Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist ein Feuer?
Eine chemische Reaktion,
bei der viel Energie entsteht, wird heiss und brennt
die Verbrennung von Erdgas mit Luft
CH4
Methan
(Erdgas)
+
2 O2
CO2 + 2 H2O + Energie
Sauerstoff aus der Luft
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Was ist ein Feuer?
Wir schauen uns die Verbrennung eines Moleküls an
O2
O2
H2O
CO2
CH4
+
2 O2
H2O
CO2 + 2 H2O + Energie
CH4
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Die erstaunliche Erdgas Flamme
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Ein Experiment mit Methan
Methan = Biogas = Erdgas
Experiment
Molekül Methan
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Wie entsteht das Licht im Feuer?
In der Hitze bewegt sich ein Atom sehr schnell und..
... verliert seine Elektronen (Ionisation)
Wenn es die Elektronen wieder einfängt, leuchtet es auf
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Wie entsteht das Licht im Feuer?
KHR-20
Wenn es glüht und leuchtet ..
Wie entsteht das Licht im Feuer?
Ein sehr sehr sehr heisses Gas leuchtet, wie in einem Blitz
Mikrowellensender
Mikrowellenofen
Bleistiftmine
Aluminiumplatte
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Der gefangene Kugelblitz
KHR-22
Wenn es glüht und leuchtet ..
Wie entsteht das Licht im Feuer?
Wenn eine chemische Reaktion sehr heiss wird,
leuchtet sie auf, sie brennt
4 Al
Aluminium
+
3 O2
Sauerstoff
2 Al2O3
Aluminiumoxid
(Korund)
KHR-23
Wenn es glüht und leuchtet ..
Wie entsteht das Licht im Feuer?
4 Al
+
3 O2
2 Al2O3 + viel Hitze + Licht
Aluminium Sauerstoff Aluminiumoxid
(Korund)
eine chemische Reaktion wird sehr heiss (Hitze)
die Moleküle bewegen sich sehr sehr schnell
sie verlieren durch die Geschwindigkeit ihre Elektronen
sie fangen die Elektronen wieder ein und leuchten (Feuer)
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Der Aluminium Blitz
KHR-25
Wenn es glüht und leuchtet ..
Wie entstehen die Feuerfarben?
farbiges Feuer sehen wir im Feuerwerk
heisse, unterschiedliche Atome senden farbiges Licht aus,
aber sie verbrennen nicht
Na
Natrium
B
Bor
Ba
Barium
Sr
Strontium
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Farbige Flammen im Feuerwerk
KHR-27
Wenn es glüht und leuchtet ..
Kann Schnee brennen ?
CH4
+
2 O2
CO2 + 2 H2O + Energie
Methan = Biogas = Erdgas
CH4
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Brennender Schnee
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Kann Schnee brennen ?
Tief im Meer produzieren Bakterien Biogas CH4
Wasser H2O umschliesst das CH4 und gefriert
Es entsteht Methanschnee CH4·6H2O
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Kann Schnee brennen ?
So sieht Methanschnee als Molekül aus
Methanschnee brennt und leuchtet
ORTEP
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Brauchen wir Luft für ein Feuer ?
CH4
+
Erdgas
2 O2
CO2 + 2 H2O + viel Hitze + Licht
Sauerstoff aus Luft
Ein Feuer ohne Sauerstoff (Luft) hört auf zu brennen:
Aber es gibt brennbare Stoffe, die Luft in sich tragen
zum Beispiel Kohlendioxid
CO2
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Feuer ohne Luft aber mit Kohlendioxyd
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Brauchen wir Luft für ein Feuer ?
2 Mg
Magnesium
+
CO2
Kohlendioxid
MgO + C + Energie
Kohle
Magnesium brennt auch ohne Luft aber mit CO2
Manche Substanzen brennen sogar mit Wasser
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Gibt es kaltes Feuer ?
Eigentlich nicht ...
... denn Atome bewegen sich sehr schnell damit sie leuchten
Aber es gibt Licht ohne Feuer
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Gibt es kaltes Feuer ?
Bei vielen Reaktionen wird nicht Hitze und Licht frei ...
4 Al
+
3 O2
2 Al2O3 + viel Hitze + Licht
... sondern nur Licht ohne Hitze.
NH 2
O
NH2
NH
NH
O
O
O-
+ O2
O-
+ Licht
O
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Kaltes Feuer
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Was kann ich mit nach Hause nehmen
In einer chemischen Reaktion wird es heiss (Hitze)
4 Al
+
3 O2
2 Al2O3 + viel Hitze + Licht
Wenn etwas heiss ist, bewegen sich die Moleküle sehr schnell
Bei der schnellen Bewegung verlieren die Moleküle Elektronen
Kommen die Elektronen zurück, leuchtet das Gasmolekül
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Was kann ich mit nach Hause nehmen
Es gibt Feuer ohne Licht
Es gibt auch Feuer ohne Luft
Es gibt auch Feuer ohne Hitze nur mit Licht
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Kinder-Universität Zürich
Sabine Salis-Gross, Sabina Hünerwadel
Sibylle Leuthold, Katharina Furrer
Lucien Pauli (Physik Institut)
Claudia Wilden (Flughafen Zürich)
Francine Klopfenstein (Flughafen Zürich)
Azmi Baumann (UZH Informatikdienste)
Universität Zürich
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Wenn es glüht und leuchtet ..
Vielen Dank
für die Aufmerksamkeit
Kommt gut nach Hause !
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Feuer und Flamme ... für Chemie
Der bellende Hund
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