Handhabung & Technik [Details] Effekt und dessen Entstehung von Wunderkerzen

Ich setz da jetzt mal nahtlos an...

Wäre es denn nicht möglich, den Eisenanteil in den Wunderkerzen durch z.B. Kupfer zu ersetzen? (stöchiometrisch korrekt versteht sich) Das würde ja dann, wenn ich das richtig verstehe zu grünen Funken führen...
Das wäre ja ein Versuch, der ohne grossen Aufwand in einem entsprechenden Labor durchgeführt werden könnte...man muss das Pulver ja nicht auf einen Draht aufziehen, sondern kann es auch so als Kegel abbrennen (ich hab leider nicht mehr die Möglichkeiten sowas mal eben zu machen...Ausbildung und Experimentalchemie-Zeit ist halt vorbei)

@ivhp
Vielleicht kommst du ja bei Gelegenheit dazu...wäre mal interessant zu wissen, obs funktioniert...

Gruß
George

 

Sind Wunderkerzen nicht für Innenräume gedacht(natürlich nicht ausschließlich)? Nur mal so ein Gedanke, Kupfer erzeugt giftige Substanzen beim Abbrand? Was sagen denn da unsere Chemiker dazu? So genau kenne ich mich mit den chemischen Reaktionen dabei natürlich auch nicht aus, also nagelt mich nicht fest. Ich glaube aber zu wissen dass Kupfersätze kritisch in Hinblick auf gesundheitschädliche Substanzen sind?
Wie auch immer, es gibt ja auch Wunderkerzen mit einer Art "Crackling", die knallen und crackeln leise vor sich hin) Mir gefallen aber die klassischen am meissten...
***pyrodaemmi***

 

Stattdessen,verwende ich für Indoorfeuerwerk gerne die Eissterne,aber benutze auch ein Blech aus dem Backofen zum unterlegen,wie bei einem 40.Geb.Und kommt immer gut rüber-

GR- Suko

 

Da hast du natürlich Recht, Pyro...aber in meiner Kindheit wurden die Dinger immer drinnen gezündet)
Die hingen in der Weihnachtszeit am Tannenbaum...
Es wurde allerdings schon damals davor gewarnt, dies excessiv zu betreiben, zwecks Bariumnitrat.
Aber bei den heute vorherrschenden Chinamist (in ausgewählten Geschäften gibt es wohl auch noch die Marke Polar) würde ich das eh nicht tun, die stinken auch so genug. Die produzieren einen Geruch von verbrannten Plastik, schwer zu beschreiben. Die deutschen rochen wenigstens irgendwie gut (wie bei Schwarzpulver wohl Geschmackssache..)
Bariumnitrat birgt die Gefahr von Schleimhautreizungen, richtig?

 

Hallo Markus,

das hat aber eine andere Erklärung...

Der Film (hoffentlich ) ist ein wohl ein sog. Tageslichtfilm gewesen. Und der ist auf eine Farbtemperatur von 5000 bis 5500 Kelvin eingestellt.
Das Eisen dürfte aber deutlich darunter verglühen, daher das rot-goldene Erscheinungsbild.
Je nach Bildbearbeitung hätte das Bild auch komplett silber erscheinen können.

Dass der Satz auf dem Foto heller erscheint kommt wohl lediglich von einer partiellen Überbelichtung des Films.
Der Kontrast- oder Dynamikumfang eines Films (oder Chips) kann mit der Wunderkerze (und dem menschlichen Auge) nicht mithalten.

Tolles Foto, aber für eine chemische Analyse wird es wohl leider nicht reichen.

An die Chemiker / Physiker :
Worauf genau bezieht sich die Farbtemperatur ? Welcher Stoff ist der Strahler ?
Oder wie kommt es zu diesen Temperaturwerten ?

Gruß
*Stardust*

 

> Worauf genau bezieht sich die Farbtemperatur ? Welcher Stoff ist der Strahler ?

Stoff ist beliebig, muss aber schwarz (perfekt absorbierend, und damit perfekt emittierend) sein, also ein Schwarzer Strahler.

Die Peakposition des emittierten Spektrums (Wellenlänge, bei der am meisten emittiert wird) ist umgekehrt proportional zur Temperatur des Strahlers (in Kelvin), Wiensches Verschiebungsgesetz.

Z. B. Sonne ca. 5500 K und 550nm peak, Wärmestahler 550 K , peak ca. 5500nm = 5.5µm (im Infrarotbereich). Je kälter, desto roter (Rotglut).

Die genannte höhere empfundene Farbtemperatur im Inneren der Wunderkerze könnte daher ggfs. auch einfach auf eine höhere Temperatur zurückzuführen sein.

 

So ist es, sehr schön nachzulesen auch in "Chemistry of Pyrotechnics" von Prof. Conkling auf den Seiten 147/148:

"Sparks are produced when liquid or solid particles [...] are ejected from the composition by gas pressure produced during the high-energy reaction. These particles - heated to incandescent temperatures - leave the flame area and proceed to radiate light as they cool off or continue to react with atmospheric oxygen. The particle size of the fuel will largely determine the quantity and size of sparks [...]. A combination of fine fuel particles for heat production with larger particles for the spark effect is often used by manufacturers."

und weiter:

"Sparks from iron particles vary from gold to white, depending on the reaction temperature; they are the brilliant sparks seen in the popular "gold sparkler" ignited by millions of people on the 4th of July."

Schlussfolgerungen:

• die Sätze von Wunderkerzen enthalten ein feinkörniges Reduktionsmittel (Brennstoff), dass nur dazu dient, die notwendige Hitze zu erzeugen und die Eisenpartikel sehr stark aufzuheizen und "fortzuschleudern"
• die sehr heiße Reaktion an der Wunderkerze mit geschätzten 1500°C und mehr resultiert in einem hellgelb bis weiß glühenden Körper, d.h. gelbes bis weißes Licht wird emittiert
• Eisenfunken aus Eisenpartikeln glühen - nicht nur in der Wahrnehmung von Markus - weiß bis gold, was darauf zurückzuführen ist, dass sie in der Nähe der Wunderkerze sehr heiß sind (weißglühen) mit zunehmender Entfernung von der Wunderkerze aber abkühlen und auf dem Weg mit atmosphärischem Sauerstoff weiter reagieren, weshalb sie von weiß zu gold (Rotglut) übergehen und schließlich ganz verlöschen, d.h. gar kein sichtbares Licht mehr emittieren

Bliebe noch die frühere Frage von Markus zu klären, warum die Eisenfunken von Wunderkerzen sich zum Ende hin "crossetteartig" zerlegen. Hier hilft uns Takeo Shimizu in "Fireworks - The Art, Science and Technique" (S. 126/127) weiter (wer auch sonst könnte diese Frage beantworten?):

"Iron filings are used for producing sparks. The branching of the sparks is different according to the carbon content of the iron. The carbon burns explosively in melted iron; this causes the branching of the iron particle into a spark. When the carbon content is less than 0.20%, the sparks occur seldom. As the carbon content increases up to 0.7~0.8%, the iron particles are activated more and more to produce many large sparks. A greater carbon content is not so effective. [...] The melting point of iron which contains 0.7% carbon is about 1300°C."

Kurze Zusammenfassung:
Die Zerlegung der Funken basiert auf der "explosiven" Umsetzung des im Eisen enthaltenen Kohlenstoffs. Der Kohlenstoffanteil des Eisens muss mindestens 0,2 % bis maximal 0,8 % betragen, damit sich effektiv zerlegende Funken bilden. Mit den besagten 1.300 °C befinden wir uns im CIE-Farbtondiagramm schon wieder im Bereich des rot-orangenen Lichtes bzw. wie oben bereits diskutiert im Bereich der hellen Rotglut bzw. Gelbglut, was wiederum der Farbe Gold in unserer Wahrnehmung oder zumindest der pyrotechnischen Terminologie entspricht.

Viele Grüße

Feuer

 

Warum die Funken von Wunderkerzen zerplatzen, hatte ich mich hier schonmal gewundert.

Wüstenuhu schrieb hier, dass die Funkenbildung von den Legierungsbestandteilen abhängig ist.

Donner schrieb hier, dass der Kohlenstoffgehalt für ein Zerplatzen der Funken sorgt.

Wie soll man nun das "explosionsartig" im Satz "The carbon burns explosively in melted iron" ("der Kohlenstoff verbrennt explosionsartig im gemschmolzenen Eisen") interpretieren? Zur Verbrennung muss ja zunächst Sauerstoff zum Kohlenstoff gelangen.

Ich füge mal noch folgende Rechnung hinzu:

Fe 7.875 g/cm3
0.7% C --> 0,055125 g /cm3
C: 12 g/mol --> 0,00459375 mol/cm3
CO2: 22,4 l/mol --> 0.103 l

D.h. 1 cm3 Eisen mit 0.7% Kohlenstoffgehalt erzeugt bei der Verbrennung ca. 100ml Kohlendioxid. Ein wichtiger Faktor wäre also wohl, dass ein *gasförmiges* Verbrennungsprodukt entsteht, und zwar in nicht unerheblicher Menge. Die Schmelze würde quasi aufgeschäumt. Aber wie läuft der Prozess des Zerplatzens wohl nun genau ab? Warum sind Kohlenstoffgehalte über 0.8% nicht so effektiv?

Könnte mit dem Phasendiagramm von Eisen+Kohlenstoff zu tun haben? Da gibt es ja einige Übergänge in der 1%-Gegend.
Noch ein Phasendiagramm und noch ein Phasendiagramm.

 

@ivhp: kam erst jetzt dazu, die Albums-Diskussion nachzulesen. Schöne Analyse! Ist auch interessant, dass fast nur Eisen wegfliegt; es kann also nicht viel Schmelze anhaften.

Je länger ich darüber nachdenke, desto mehr neue Fragen tauchen auf. Zum Beispiel: Warum fliegen die Funken überhaupt weg, und zwar mit ziemlich hoher Geschwindigkeit (fast geradlinig), und in alle Richtungen?? Wie genau, durch welchen Prozess, werden die Funken beschleunigt? Ist dieses Wegfliegen auch abhängig vom Kohlenstoffgehalt? Bilden sich in der Schmelze vielleicht eine Art von Mini-Abschusskanälen, aus denen die Eisenteilchen mit CO2-Antrieb herausgeschleudert werden? Kommt das Knistern der Wunderkerzen eher von diesem "Abschuss", oder vom Zerplatzen der Funken, oder von beidem gelichermaßen?

Eine weitere Frage, die sich mir aufdrängt: Warum habe ich mir diese Fragen noch nie gestellt? Und andere offensichtlich auch nicht? Liegt es daran, dass man quasi vom Kleinkindalter an daran gewöhnt ist, dass Wunderkerzen eben einfach so sind, wie sie sind, und man später nicht mehr auf die Idee kommt, den bekannten "status quo" zu hinterfragen, und neu darüber nachzudenken?

 

Auch wenns hier wiedermal nicht her gehört, aber ich fand Deine Frage so inspirierend:

Das Lernkonzept der deutschen Schulen muss dringend überarbeitet werden, da es im Vergleich zu anderen europäischen Schulen weit abgeschlagen antiquiert ist. Das Konzept "Frontalunterricht" war in den Vierziger/Fünfzigern des letzten Jahrhunderts aktuell, wo auf schnelle Art und Weise Menschen benötigt werden, die nicht viel Fragen, sondern nach vorgegebenen Maßstäben handeln... ...und dies schleicht auch heute noch durch unsere Landen. Es entsteht einfach keine Motivation zu Fragen, da es darauf ankommt angelerntes (und nicht erfahrenes) Wissen wiederzugeben. Und außerdem, das schlimmste - Gift fürs freie Denken: Noten und Elite-Denken - was in unserem öffentlichen Schulsystem vereinsamtes Lernen und Abgrenzen zu anderen Mitschülern (Ellenbogenmentalität) zu leicht fördert. Dass so das Lernen keine Freude bereitet, hat wohl jeder von uns erfahren. Projektschulen, von denen es nur wenige in D. gibt, die nach schwedischem Vorbild arbeiten, wo jeder Schüler für sich ein Thema ohne diesen blöden 45-Minutentakt bzw. sogar "Klassentakt", in seiner eigenen Geschwindigkeit bearbeitet - aber auch in Zusammenarbeiten mit höheren Jahrgängen - verhelfen zu mehr Freude am Wissen, mehr Miteinander, mehr Freude an der Schule und, dass auch eigene Konzepte/Fragen im Schülerteam entwickelt und vor allem ausprobiert werden. Nicht umsonst klagen die skandinavischen Länder, dass es zu wenige Handwerker, sondern viel zu viele Akademiker gibt... nicht umsonst sind sie an forderster Front bei der Pisastudie dabei ....bei uns ist es genau umgekehrt. Ich wäre liebend gerne in solch eine Projektschule gegangen... schade, dass das Konzept der Projektschulen bei uns nicht allgemeingültig umgesetzt wird (aufgrund der Kosten, die eine Umstellung mit sich bringen würde) - es würde sooo viele Probleme Deutschlands lösen...

Soviel dazu...

Bei der Entzündung von Wunderkerzen reagiert Bariumnitrat mit Aluminium exotherm:

10Al + 3Ba(NO3)2 ---> 3BaO + 3N2 + 5Al2O3

Diese Reaktion erzeugt genügend Hitze um das Eisen zum Glühen zu bringen als auch einen leichten "Gasdruck" (durch das gebildete Stickstoff, N2), der glühende Eisenspäne nach aussen wegschleudert und somit die weißgoldenen (siehste pyro, ich habe mich daran gewöhnt )/zerplatzenden Funken bildet.

Gruß
flow

 

Hallo,
ich weis, zwar nicht was es mit den Dingern aufsich hat, Es sind halt WUNDERKERZEN...
VLG:René
P.S. sry wenn ich nicht so viel dazu schreibe, aber ich wollte es mal loslassen.

 

Nochmal zu den Farben und Temperaturen. Hängt die Farbe des glühenden Dingsbums auch davon ab welcher Stoff da strahlt? Dazu ein kleiner Abstecher in die Astronomie: Einer der "kühlsten" bekannten Sterne ist Beteigeuze im Orion mit ca. 3000°C Oberflächentemperatur. Er leuchtet rötlich, aber Wunderkerzen leuchten bereits ab 1500°C "weißgold". Zum Vergleich: Gelblichweiße Sterne haben ca. 6500°C Oberflächentemperatur(Die Sonne ist mit ihren 5000°C eher gelblich).
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Befreit die Dönertiere aus ihrer Knechtschaft!

 

Es hängt davon ab, was glüht.... Glas kann bei 650°C rot glühen, dabei bleibt Eisen noch völlig "Glühfrei"... Es hängt also von den Stoffeigenschaften ab, ab wann die Wärmeenergie auch in Form von sichtbarer Strahlung in den Raum abgegeben wird. Die Sache in der Astronomie ist richtig, so ist die Art des Lichtes davon abhängig, wie heiß ein Körper glüht - dabei wird davon ausgegangen, dass alle Sterne im jeweiligen Stadium eine ähnliche Zusammensetzung haben... ...ein anderer Aspekt ist die sogenannte Blau- oder Rotverschiebung im Spektrum eines Sternes, wonach die "Flugrichtung" des Sternes bestimmt wird. Fliegt der Stern von uns weg, wird das Spektrum ins langwellige (rot) und umgekehrt ins blaue verschoben -> Realtivitätstheorie.

hat jetzt alles eher weniger mit Wunderkerzen zu tun...
Gruß
flow