Elemente in der Flamme

Gymnasium Ohmoor Versuchsprotokoll: Verbrennungsvorgänge

(Klasse 8c im Januar 2007)

Durchführung:

Über einen Trichter fallen die pulverisierten Elemente Eisen, Kohlenstoff, Kupfer, Zink und Magnesium in die Flamme eines waagerecht eingespannten Bunsenbrenners. Unter der Trichteröffnung liegt eine feuerfeste Platte. Die Versuche laufen im Abzug des Unterrichtsraumes ab. Damit die Leuchtspuren im Bild deutlicher werden, ist im Hintergrund ein Blatt schwarzer Karton befestigt. Der Kameraabstand beträgt etwa 40cm.

Beobachtung:

Eisen brennt mit orange-heller Farbe. Die Körnchen bewegen sich abwärts.

Kohlenstoff brennt mit tiefem Orange, die Teilchen steigen auf.

Das Element Kupfer zeigt eine typische Grünfärbung der Flamme.

Zink flammt hell auf. Die Kamera sieht bläuliche und gelbe Töne.

Magnesium entwickelt ein sehr helles, weißes Licht mit Sternchen. Ein Knistern ist zu hören.

Deutung:

Die Elemente reagieren in der heißen Brennerflamme sofort mit dem Sauerstoff der Luft, eine Oxidation. Die Affinität, also die Neigung sich mit Sauerstoff zu verbinden ist unterschiedlich ausgeprägt. Das unedle Magnesium zeigt mit seinem weißen Licht eine hohe Energiefreisetzung an. Ähnlich ist es bei Zink. Das edle Kupfer erzeugt ein schwächeres, grünes Leuchten. Die Flammfarbe erlaubt nach unseren Beobachtungen allerdings keine genauere Festlegung einer Reihenfolge der Sauerstoffaffinität. Zu sehr wirkt die Größe des Pulvers, eventuell auch die Trockenheit auf die Farbentwicklung ein. Der Dichte - Unterschied zwischen dem spezifisch schwerem Eisen- und leichtem Kupferpulver wirkt sich in der Flamme, erkennbar an der Richtung der Spuren, deutlich aus. Alle Reaktionen führen zur Energiefreisetzung, sind also exotherm.

Mit folgenden Gleichungen werden die Vorgänge chemisch vereinfacht beschrieben:

Eisen: 2Fe + O2 ==> 2FeO + Energie (Eisenoxid, schwarzer Feststoff)

Kohlenstoff: C + O2 ==> CO2 + Energie (Kohlendioxid, farbloses Gas)

Kupfer: 2Cu + O2 ==> 2CuO + Energie (Kupfer-II-oxid, schwarzer Feststoff)

Zink: 2Zn + O2 ==> 2ZnO + Energie (Zinkoxid, weißer Feststoff)

Magnesium: 2Mg + O2 ==> 2MgO + Energie (Magnesiumoxid = Magnesia, weißer Feststoff)

Ergebnis:

Flammen zeigen faszinierende Strukturen, die per Kamera festgehalten noch deutlicher werden. Ansatzweise verrät die Flammenfarbe, wie edel oder unedel ein Element ist. Je weißer die Flamme, desto höher ist die Sauerstoff-Affinität und desto unedler ist es.