AK Computer im Chemieunterricht, Klasse 10d am Gymnasium Ohmoor, Hamburg, 15. Februar 1999, von Carl-Jürgen Bautsch

  Das Pentan - Motormodell

Geräte und Chemikalien: Zündkerzen Explosionsrohr der Firma Hedinger GmbH&Co. Stuttgart, Mikropipette, n-Pentan

Aufgabe: Wieviel flüssiges Pentan muss pro Liter "Hubraum" des Modellmotors in das  Verbrennungsrohr gegeben werden, damit ein explosives Gemisch entsteht? Pentan hat die Summenformel C5H12, eine Molmasse von M = 72,17 [g/mol] und eine Dichte von 0,633 [g/ml].
 

Berechnung:
Zu einem Liter Luft addiert sich der Dampfdruck des verdunstenden Pentans. Ein Liter Luft enthält knapp 21% reine Sauerstoff. Das sind also 210ml. Das Molvolumen idealer Gase beträgt ca. 22,4 Liter unter Normalbedingungen, bei 20°C Zimmertemperatur sind das etwa 24 Liter. Somit steht für die Verbrennung zur Verfügung:

n = 0,21 / 24 = 0,00875 mol oder 8,75 Millimol Sauerstoff.

Die Verbrennungsgleichung für Pentan lautet:  C5H12  +  8 O2    ==> 5CO2  +  6 H2O

Es müssen also pro Mol Pentan 8 Mol Sauerstoff zugemischt werden. Anders ausgedrückt genügen 1/8 Mol Pentan pro Mol Sauerstoff:

n(Pentan) = 0,00875 mmol / 8 = 0,0011 mol

Die Molmasse von Pentan beträgt:  M (Pentan) = 72,17 [g/mol]

Die Masse Pentan errechnet sich also mit  m(Pentan) = M(Pentan) *  n(Pentan)  = 72,17[g/mol] * 0,0011 [mol]  = 0,08 [g] oder 80 [mg]

Nun hat flüssiges Pentan nur die Dichte d = 0,633 [g/ml]. Es muss also noch das Volumen V = m / d errechnet werden:

V(Pentan)  = 0,08 [g] / 0,633 [g/ml] = 0,126 [ml].

Für eine optimale Mischung Luft / Pentan genügen pro Liter Verbrennungsraum 0,126 ml flüssiges Pentan.

Beobachtungen:
Es kommt zu einer heftigen Explosion. Wir haben sie per Videokamera verfolgt und präsentieren sie hier als animated GIF-File (10 Zyklen):

© C.-J. Bautsch 15. Febr. 1999