Sicherheit Vergleich Blitzsatz - Schwarzpulver

Dieses Thema im Forum "Professionelle Technik, Sicherheit, Handhabung" wurde erstellt von Fratl, 17. Februar 2006.

  1. Hi,

    Ich bin auf der Suche nach Infos zur Reibungs- und Schlagempfindlichkeit von Blitzsätzen und Schwarzpulver. Hab leider noch keine passenden Infos gefunden, und deswegen probier ich mal wieder hier. :)

    Wär auch super, wenn mir jemand sagen könnte wieviel Eneregie bei der Explosion jeweils frei wird.

    Also schon mal ein großes DANKE für Infos oder andere Quellen!!


    Grüße

    P.S Hab die Such-Funktion genutzt aber leider nichts entsprechendes gefuden.
     
  2. Bitte genauer spezifizieren.

    Beispiele:

    Metall-Perchlorat-Satz? Metall-Chlorat-Satz?

    Schwarzpulver grob, fein, Vorderlader-, Böller-, Feuerwerkspulver, Zündkraut?

    Industriell gefertigte, hochreine Qualitätsmischungen oder 'Made in Hobbykeller'?
     
  3. O.K war ich wohl nicht speziell genug,

    Zu den Blitzsätzen:

    Hauptsächlich Metall-Chlorat-Satz. Aber ne Info zum Perchloratsatz wäre auch nicht schlecht.

    zum Schwarzpulver:

    v.a Böllerpulver oder Mehlpulver.

    Aber welche qualität? Ich denk mal dass zur Industriellen wohl die meisten Infos vorliegen.

    Danke.

    Grüße
     
  4. Quantitative Aussagen (Reib- und Schlagtests, bspw. bei der BAM) dürften spätestens heute Abend kommen, wenn unsere Chemiker (nein, nicht die Bastler, sondern die mit Ausbildung) im Forum sind.

    Soviel kann ich sagen: Metall-Chlorat-Satz ist wesentlich empfindlicher, allein weil die notwendige Zündenergie niedriger ist. Hier im Forum ging es sogar mal um Oberflächenstrukturen der Körnchen und ähnliches, war ein ziemlich ausführlicher Thread. Versuche mal ein paar Suchbegriffe in der Richtung, da wird dir einiges an Knallsätzen um die Ohren fliegen ;) .

    Nachtrag: unser Chemiker war schon da. @ivhp: habe gerade deinen Beitrag rausgesucht...
     
  5. Ist in der dt. Pyrotechnik nicht zulässig:
    LG
    Thomas
     
  6. Die Energie, die bei einer Reaktion entsteht, läßt sich leicht durch den Satz von Heß berechnen (Folgerung aus dem 1.Hauptsatz der Thermodynamik).
    (Im Folgenden bezeichne ich deltaH mit dH)

    dH(reaction) = sum dH[0,f](products) - sum dH[0,f](reactants)

    Wobei dH := dH(reaction) = Reaktionsenthalpie

    Die Reaktionsenthalpie dH ergibt sich aus (Summe der Standardenthalpien der Reaktionsprodukte) - (Summe der Standardenthalpien der Ausgangsstoffe)

    Betrachtet man folgenden Standardenthalpien:

    dH(KClO3) = -391,2 KJ/mol
    dH(KCl) = -435,9 KJ/mol
    dH(Al2O3) = -1617,0 KJ/mol

    und die Reaktionsgleichung:

    KClO3 + 2Al -> KCl + Al2O3

    so ergibt sich:

    dH = [ dH(KCl) + dH(Al2O3) ] - [ dH(KClO3) + dH(Al) ]
    = (-435,9 KJ/mol) + (-1617,0 KJ/mol) - (-391,2 KJ/mol) - (0 KJ/mol) = -1661,7 KJ/mol


    D.h., bei einer (Mol-)-Masse von 122,55g + 2*27g = 176,55g stöchiometrischer KClO3/Al-Mischung wird eine Energie von 1661,7 KJ frei
    oder
    1Kg von diesem "Zeug" erzeugt eine Energie von 9412 KJ.
    Im Vergleich dazu Schwarzpulver etwa 2650 KJ/Kg.

    Die Reaktionsenthalpie sagt allerdings noch nichts über die "Explosionskraft" und Gefährlichkeit aus. Mittels der Reaktionsgeschwindigkeit erhält man Aussagen über die Leistung (J/s=W) bzw. Leistungsdichte (W/s) der ablaufenden Reaktion.
    Wie sich die Leistung in Schall, Wärme, Strahlung u.a. aufteilt, ist ein dynamischer Prozess und muß in geeigneten Testumgebungen empirisch ermittelt werden.

    Gruß Frank
     
  7. Hallo!

    auch wenn ich gegen die Rechnung und den sehr schönen und ausführlichen Aussagen als Abschätzung absolut nichts einzuwenden (im Gegenteil! :) ) oder hinzuzufügen habe, muss ich aus chemischer Sicht doch anmerken, dass um die Energie, die bei der Reaktion frei wird, auszurechnen:

    1. Die Reaktionsentropien noch dazugezählt werden müssten (Was gerade bei der Enstehung von Gasen etwas ausmacht) um so die freie Reaktionsenthalpie dG zu berechnen

    2. Standardbildungsenthalpien sich auf den Standardzustand bei 25°C beziehen während die Reaktion bei weit höherer Temperatur abläuft, also eigentlich die Standardbildungsenthalphien der Edukte und Produkte auf die Temperatur umgerechnet werden müssten und

    3. Wenn die Produkte bei der Reaktion nicht im Standardzustand entsehen z.B: die Gitterenthalpie abgezogen werden müsste (was mit 2 einhergeht).

    Doch diese Anmerkungen wirklich nur aus streng chemischer Sicht (ein paar hundert kJ/mol machen da auch nichts aus) und ohne den Thread in hier überflüssge Thermodynamik-Diskussionen abgleiten lassen zu wollen - an einer größenordungsmäßigen Abschätzung ändert das nichts.

    Gruß,

    ivhp
     
  8. :cool::cool::cool:


    Aber aus physikalischer Sicht habe ich auch ein paar Anmerkungen:

    Ja, die Entropie wurde vernachlässigt. Unter Normalbedingungen liegen bei einer stöchiometrischen Mischung Al/KClO3 (außer bei der Reaktion) keine Gase vor.


    Eigentlich nicht! Der Hess'sche Satz ist gleichzusetzen mit einem Erhaltungssatz. D.h., ich betrachte das System vor der Reaktion im Zustand A (unter Normalbedingungen) und nach der Reaktion im Zustand B (unter Normalbedingungen). Alles was zwischen A und B passiert muss für eine Energiebillanz irrelevant sein. Genau das ist eine Kernaussage von Erhaltungssätzen.


    Da wir nur die 2 Standardbildungsenthalpien von den Zuständen A und B kennen (siehe 2), haben wir notwendigerweise alles "all inclusiv".

    Gruß Frank
     
  9. Jetzt wirds doch chemisch :)

    Bei der Reaktion von Schwarzpulver entstehen Gase, und mit diesem Wert sollte die Reaktionsenthalpie ja verglichen werden. ;)
    Abgesehen von den Standardentropien der Verbindungen machst Du bei der Reaktion aber aus 3 Teilchen (2xAl und KClO3) nur 2 Teilchen (Al2O3 und KCl). Das macht sich entropisch bemerkbar.
    Ganz davon abgesehen, dass die Temperatur bei der Rechnung dG=dH-TdS entscheidend mit eingeht und daher den Entropiebeitrag "wertend" beeinflusst, und bei der Temperatur der Reaktion ja Flüssigkeiten oder Gase vorliegen (s.u.)

    Oh, das sehe ich anders. Die freie Reaktionsenthalpie (d.h. die gesamte Energie), die bei einer Reaktion bei der Temperatur T2 freiwird , kann nur über dH(Produkte)-dH(Edukte) bei eben dieser Temperatur, dS(Produkte)-dS(Edukte) bei dieser Temperatur (und dem Aggregatzustand der Verbindungen bei dieser Temperatur) und dann dG=dH-TdS berechnet werden. Beispiel:

    2Al2O3 + 3C --> 4Al + 3CO2

    Dafür berechnest Du bei Standardbedingungen eine postitive freie Reaktionsenthalpie. Bei oberhalb 2000°C läuft die Reaktion aber ab und Energie wird frei. (Atkins, Kap. 9.3.1, dort ist auch eine schöne Grafik, die den Einfluß der Schmelzenthalpien etc. mit berücksichtigt). Würde man also nur nach Hess rechnen, würde die Reaktion gar nicht ablaufen - bei hohen Temperaturen (die beim Abbrand aber zwangsläufig vorliegen) wüde sogar Energie frei. (Das ist nur eine Beispielsreaktion, hat nichts mit unserer Reaktion zu tun, die man erst nochmal mit all diesen Einflüssen durchrechnen müsste)

    Bei dem Abbrand des Blitzknallsatzes liegt aber eine so hohe Temperatur vor, d.h. ich muss das auch berücksichtigen, dass die Reaktion bei der Temperatur abläuft:

    dH(T2) = dH(T1) + int[Cp*dT]T1..T2 (T1,T2: Standard und Reaktionstemperatur, Cp=Wärmepkapazität)
    dS(T2) = dS(T1) + int[Cp/T*dT]T1..T2

    (Die Frage, ob wir wegen der sehr schnellen Reaktion nicht eher Cv setzen sollten lasse ich mal offen)

    Die Korrektur darf man aber erst nach den Phasenübergangsenthalpien berücksichtigen, denn schliesslich wird z.B. mindestens flüssiges wenn nicht gasförmiges KCl entstehen.

    Bei einer Zündung von BKS in der Feuerwerks-Bombe wird die Reaktion sehr schnell stattfinden und dann die (bei dieser Temperatur) gasförmigen oder flüssigen Verbrennungsprodukte nach aussen schleudern. Dort kühlen sie dann allmählich ab (Phasenübergang -> setzt wieder Energie frei etc.) Das bedeutet aber, dass bei der Reaktion eben nur die freie Reaktionsenthalpie bei der Temperatur T2 freiwird und sich daraus die ablaufenden Reaktionen und ihre Energiebilanz ergeben.

    Gruß.

    ivhp
     
  10. Nicht unbedingt ;)

    Nur wenn man wenn den Endzustand nicht kennt. Der ist aber explizit definiert (Produkte der Reaktionsgleichung, Normalbedingungen).

    Das Ändert aber an meiner Behauptung nichts (der Energieerhaltungssatz hat überall auf diesem Planeten Gültigkeit):

    Also:
    Ich definiere mir einen "Anfangszustand" A unter Normalbedingungen: (2Al2O3 und 3C)
    und einen "Endzustand" E unter Normalbedingungen (von mir aus 10 Jahre später :blintzel: ) (4Al und 3CO2)
    Nach Hess ergibt sich eine Reaktionsenthalpie von etwa +2172,4 KJ/mol.

    Auch wenn 5 Jahre nach Anfangszustand die Temperatur auf 2000°C erhöht wird, die Reaktion exotherm abläuft, und anschließend wieder auf 25°C abgekühlt wird, sind in der gesamten Energiebillanz (nach 10 Jahren) 2172,4 KJ/mol an Energie zugeführt worden.
    Andernfalls hätte man ein Perpetuum Mobile.

    Ein Erhaltungssatz sagt nie etwas darüber aus, wie und ob eine Reaktion abläuft. Es werden nur Zustände beschrieben (Zustandsgleichung). Wenn zwei Zustände gegeben sind, ist der Weg von A nach B als "Black Box" zu betrachten und die Reaktionsenthalpie sagt nur etwas darüber aus, ob dem System Energie zugeführt worden ist oder "frei" wird.

    Gruß Frank
     
  11. Ich glaube damit haben wir das auf den einen Punkt reduziert, wo unsere Ansichten zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. ;) Natürlich hast Du mit Deinem Beispiel der 10 Jahres Reaktion recht. Nur: Ich würde die Reaktion der Feuerwerksbombe als den kleinen Ausschnitt, der bei 2000°C abläuft, betrachten.
    Die Verbrennungsprodukte liegen ja eben nicht unter Normalbedingungen vor. Der Ausstoß der heissen gasförmigen oder flüssigen Partikel führt logischwerweise noch zu einer weiteren Energieabgabe an die Umgebung (Freiwerden der Schmelzenthalpie in den Verbrennungsgasen ("Rauch") an die Umgebung (Luft) beispielsweise) - nur weit weg vom Zentrum der Reaktion und daher zeitlich und räumlich nicht mehr der eigentlichen Abbrandreaktion und und der dabei effektiv freiwerdenen Energie zuzuordnen meiner Meinung nach, gerade, wenn man Reaktionen vergleicht, wo bei der einen eher Gase entstehen, die von der Reaktionsenthalpie (nach dieser Betrachtungsweise) abzuziehende Schmelz und Gitterenthalpie der Produkte also wegfallen, und Reaktionen wo keine Gase entstehen, und diese u.a. abgezogen werden müssten.

    Wobei man "Energie freiwerden" nach dG=-RTlnK mal sehr frei in "Reaktion läuft (thermodynamisch) ab" übersetzen kann.

    Gruß,

    ivhp
     
  12. Man muß ja auch im Internet ab und zu mal die Menschen hinter den Maschinen loben:

    IHR ZWEI SEIT ECHT GENIAL !!!!!!:knaller:

    So, und nun weitermachen.......
     
  13. IHR ZWEI SEIT ECHT GENIAL !!!!!!
    Danke für die Ölung :blintzel:

    Ein ziemlich ungünstiger Zeitpunkt für eine Energiebillanz. Wozu sollte man einen Zustand betrachten, wo schon Energie (und Entropie) für die "2000°C-Bedingung" umgesetzt worden ist, die man dann auf ziemlich komplizierte Weise wieder rausrechnen müßte? Man erweitert keine Brüche, um sie zu kürzen ;) .
    Für eine Energiebillanz muß man logischerweise zwei Zustände wählen, die man kennt und bei denen insbesondere gleiche Bedingungen vorliegen

    Betrachten wir dein Beispiel:
    2Al2O3 + 3C --> 4Al + 3CO2
    Ein Aluhersteller möchte wissen wieviel Energie benötigt wird, um Aluminium bzgl. der obigen Gleichung herzustellen.
    Man könnte eine Energiebillanz bei 2000°C betrachten. Falls der Aluhersteller vorhat, seine Fabrik auf der Sonnenoberfläche zu bauen, wäre diese Billanz sogar brauchbar :rolleyes: .

    Während der Reaktion nicht, aber nach der Reaktion. Für eine Gesamtbillanz muss die Reaktion abgeschlossen sein (=bekannter Zustand). Die Energie, die durch das Abkühlen der Reaktionsprodukte "frei" wird ist genauso Bestandteil der Reaktion, wie die Energie, die diesen Prozess aufrecht erhält.

    Auch diese Energie stammt von der Reaktion und wird frei, auch wenn sie beim unmittelbaren "Freiwerden" in einer anderen Form vorliegt. Wenn ein Geschoß 3Km entfernt von der Schwarzpulverreaktion einschlägt und seine kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird, ist das selbstverständlich ein Bestandteil dieser Energiebillanz.

    Ferner muss noch erwähnt werden, dass man Energie Arbeit und Leistung nicht verwechseln sollte. Eine Klassifizierung der Energieformen, die unmittelbar mit Arbeit bzw. Leistung gekoppelt sind (Schall, Licht, kinetische Energie, irgendwelche Enthalpien u.s.w.) führt zu anderen Fragestellungen und ist natürlich von den (dynamischen) Reaktionsprozess abhängig (man könnte die Reaktion z.B. soweit abbremsen, dass keine Licht und Schallleistung vorhanden ist). Diese Klassifizierung ist aber UNABHÄNGIG von dem Gesamt-Maß der freiwerdenden Energie (wenn auch in anderer Form).

    Gruß Frank
     
  14. Stellen wir doch mal eine einfache Aufgabe: wieviel Energie wird bei der Reaktion von (handelüblichem, in * enthalten!) P-KClO3 bzw. P-KClO4-Satz (NEM 50 mg) freigesetzt?

    Der pyrotechnische Gegenstand '*' ist in D legal erhältlich. Wer sucht, der findet, posaunt es aber nicht hier heraus - bitte!
     
  15. Temperaturberücksichtigung!

    Klar stimmt das Argument mit den "...System nach 5 Jahren...". Ich denke aber, dass es auf jeden Fall sinnvoll ist die Temperatur zu berücksichtigen.

    Für den Hersteller von Alu ist es klar unsinnig die Energiebillanz bei 2000Grad zu betrachten, ihn juckt schließlich nur was rauskommt. Für die detonative Wirkung unseres BKS ist aber das schnelle Entstehen von heißen Gasen von Wichtigkeit und hierfür ist es ja schließlich durchaus sinnvoll das ganze bei hohen Temperaturen zu betrachten. Die Tatsache, dass das System dann in irgendeiner Weiße wieder abkühlt ist für die eigentlich Detonation ja eher zweitrangig.
     
  16. Für eine Energiebillanz? Klar ist es interessant zu wissen, was bei der Detonation bei gewissen Temperaturen passiert (bzw. welche Wirkung ausgeübt wird). Dies hat aber nur peripher was mit der frei werdenden Energiemenge zu tun.

    Nein! Nur durch "Abkühlung" des Systems kann der Großteil der thermischen Energie nach außen gelangen (der wichtigste Tei einer Energiebillanzierung).

    Ferner eliminiert die schnelle Abkühlung alle gasförmigen bzw. plasmaförmigen Edukte, die während der Reaktion eines stöchiometrischen BKS existieren (plasmaförmiges KCL wird fest). Das führt zu einem Unterdruck, der insbesonderre auch die Flanke der signifikanten Druckwelle prägt.


    Bei P-KClO3 etwa 29,44 J. (dH(P4O10) = -2986,0 KJ/mol) (Bitte nachrechnen)
    P-KClO4-Satz Hausaufgabe :)

    Gruß Frank
     
  17. Schon klar, dass es für die eigentliche Energiebillanz grad egal ist, aber ich dachte halt primär an die eigentliche Explosion.

    Hast du da irgendeinen Litaraturverweis, jetzt nicht weil ich das nicht glaub, sondern aus Intresse. Mich würd die Sache mit den "Druckwellen" generell interessieren.

    Man könnte doch einfach mla ne "kleine Portion" ins Flammkalorimeter (Nein, nicht Bombenkalorimeter ;) ) packen und so mal wissen was wirklich effektiv an Wärme rauskommt, wobei die anderen Energieformen (Schall, Licht, kinetische Energie,....) natürlich vernachlässigt worden wären.
     
  18. Habe befürchtet, dass diese Frage kommt :blintzel: . Nein, habe ich nicht. Würde mich aber genauso interessieren. Bei einem Kollegen habe ich vor einigen Jahren mal einen Artikel gesehen, wo "Zeit-Amplituden-Druckwellen-Verläufe" von BKS-Sätzen unterschiedlicher Zusammensetzung und "Stöchiometrie-Abweichung" beschrieben waren. Allerdings relativ rudimentär. Die Druckwelle der stöchiometrischen BKS- Mischung hatte, soweit ich mich erinnere die Ähnlichkeit mit der einer Nuklearexplosion (Nein, nicht die Versuchsmenge, sondern der Kurvenverlauf). Es handelt sich bei der Druckwelle, um eine rein thermische Ausdehnung, die kurze Zeit später wieder das Ursprungsvolumen einnimmt (deswegen auch der anschließende Sog). Beim BKS ist es natürlich schneller und als Knall zu vernehmen.

    Ja, mach mal! Und sag mir was bei raus kommt. Vielleicht dazu folgende Anregung:
    Was passiert, wenn man BKS im Vakuum (bzw. in einer Vakuumkammer) zündet? :mmh:

    Gruß Frank
     
  19. > Es handelt sich bei der Druckwelle, um eine rein thermische Ausdehnung, die kurze Zeit später wieder das Ursprungsvolumen.

    Hmm, hatte ich noch nich bedacht: D.h. selbst bei gleicher Spitzenamplitude würden beide unterschiedlich klingen, weil SP langsamer abflacht als BKS? Wäre interessant, welche der beiden Kurvenverläufe weniger schädlich für das menschliche Gehör ist? Bzw. welcher Knall bei gleicher emfundener Lautstärke weniger Schadpotential hat? Wäre schon lustig, wenn BKS für das Gehör "sicherer" wäre.
     
  20. Für das Ohr ist BKS Mist ...

    Ich hatte im Fernsehen (miese Quelle, ich weiß :eek: ) mitbekommen, dass Amorces (Knallplättchen in Kinderspielzeugpistolen) einen "zu kurzen" Knallimpuls erzeugen:
    Die Wahrnehmung (Ohr, Hörnerv, Gehirn) kommt aufgrund ihrer Trägheit nicht mit und realisiert die kurze Amplitudenspitze nicht.
    So hört sich der Knall subjektiv viel leiser an, als er wirklich ist.
    Die daraus resultierende potentielle Gehörschädigung entzieht sich also dem instinktiven Selbstschutz der Anwender.
    Diese Aussage läßt sich (etwas) genauer einordnen, wenn man folgende Aussagen in Beziehung zueinander setzt:
    Quelle A:
    Quelle B:
    Es ist also um so gefählicher, je steilflankiger der Knall ist.
    (Und um so weniger der tatsächlichen Lautstärke wird empfunden)

    Was genau mit dem Ohr passiert, wenn es "zu" laut ist, wird hier beschrieben.

    LG
    Thomas
     
  21. Interessant! Die Trägheit des Trommelfells ist hier sicher nicht gemeint, sonst hätte man ein Argument gegen die Gefährlichkeit (Schall wird nicht weitergeleitet).

    Ich habe mal versucht das Problem zu abstrahieren:
    Betrachtet man eine beliebige Druckwelle, so setzt sich diese aus einem kontinuielichen Frequenzspektrum zusammen. Den funktionalen Zusammenhang von Amplitude und Frequenz erhält man durch eine Fouriertransformation (FT). Steile Flanken machen sich in der FT so bemerkbar, dass bei steigenden Frequenzen die Amplitude relativ langsam abflacht. Das Extrembeispiel, ein "Dirac-Impuls" (Delta-Distribution), ist eine "unendlich" kurze Druckwelle mit "unendlich" steilen Flanken. Die FT davon ergibt eine Konstante. D.h., alle Frequenzen sind mit gleicher Amplitude vertreten. Man würde von diesem (kontinuierlichem) Spektrum nur ein kleines Fenster mitbekommen (Hörbereich 20Hz-20000Hz). Der Rest bedeutet Gefahr?! Vielleicht ist diese Aussage äquivalent zu Dr. Steinbauers Aussage.
    Die Druckwelle für einen idealen "Knaller" könnte man demnach berechnen, indem man alle Frequenzen außerhalb des Hörbereichs ausblendet und die inverse FT anwendet. Umgekehrt hat das Militär leider versucht Ultra- und Infraschallwaffen zu entwickeln.


    Ich denke vor allem die "Anstiegsflanke", die Steilheit der Abstiegsflanke wird vom Atmosphärendruck begrenzt.
    Die gute Nachricht ist, das die Schall-Dämpfung in der Luft stark von der Frequenz abhängt (Man hört ab gewissen Entfernungen nur noch die Bässe). Z.B etwa 0,3 dB/km bei 125Hz und 76,6 dB/km bei 8000 HZ bei 20°C und 70% rel. Luftfeuchte. Selbst von einem approximierten "Dirac-Impuls" würden die Oberwellen (insbesodere Ultraschall) nach relativ kurzer Entfernung auf der Strecke bleiben.
    Aber wie bereits erwähnt: Der Sound vom SP-Knaller dürfte anders sein als beim BKS-Knaller

    Gruß Frank
     
    Mathau und unkrautEx gefällt das.
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