Referat Flammenfärbung

_{Flammenfärbung}

Licht und Farbe:

Licht: allgemeiner Sprachgebrauch: sichtbare Strahlung (Wellenlänge: 00 bis 7 0 Nanometer)

Licht = elektromagnetische Strahlung, sichtbares Licht nur ein Bruchteil Auch ultraviolettes, infrarotes Licht, Röntgenstrahlung zählen dazu Weißes Licht (Sonnenlicht) schwingt in allen Richtungen mit allen Wellenlängen

Lichtentstehung: Elektronen sind normalerweise in Zustand geringster Energie = Grundzustand. +Energie  angeregter Zustand = Zustand höherer Energie = instabil  fallen in niedrigeren Energiezustand zurück

 Energie wird frei:

^E(freiwerdende Energie) ^{= E}1(Energie im angeregten Zustand) ^{- E}0(Energie im energieärmeren Zustand)

Bestimmte Energie = bestimmte Frequenz = bestimmte

Farbe

^{Frequenz =(E E n}(Planck'sche Konstante)

Farbspektren

Sonnenlicht, Glühlampe, weißes Licht:

kontinuirliches Spektrum

Metalldämpfe, Edelgase: Linienspektrum bestimmte Wellenlänge = bestimmte Farbe

jedes Element  charakteristisches Farbspektrum

Spektrallinie = Differenz zwischen 2

Energiezuständen eines Elektrons

Erklärung mit der Quantentheorie

   Elektronen können im Atom nur bestimmte Energiezustände einnehmen

   Energie eines Elektrons ist nur sprunghaft (in Vielfachen von Energiequanten)

veränderlich

   Energiequanten: Grö e hängt von Frequenz und der "transportierenden" Strahlung ab

Auswertung charakteristische Färbung, die die farblose Flamme des Bunsenbrenners annimmt, wenn das färbende

Element oder eine Verbindung verbrannt wird zur Bestimmung dieses Elements

Qualitative Analyse Bestimmung von Elementen mit Hilfe der Flamenspektroskopie:

Energieniveauschema = Auswertung der Atomspektren (typisch für jedes Element)

Hauptenergiegruppen: K, L, M, N, usw.

Zum Heben der Elektronen in höheren Zustand muß Arbeit entgegen der elektrischen Anziehung verrichtet werden

Untergruppen (Unterniveaus): ähnliche Energie, s, p, d, f - Zust nde.

Flammenphotometer: In Wasser oder organischen Lösungen gelöste Probe wird mit Zerstäuber dem Brenngas beigemischt, Lichtstrahlung der Flamme durch Prismen oder Gitter spektral zerlegt  eindeutiges Spektrum f r jedes Element.

Alkalimetalle 1.Hauptgruppe

Reaktionsfähigkeit nimmt von oben nach unten ab

Eigenschaften:           sehr ähnliche Eigenschaften

Nur in Verbindungen (Oxydationszahl +I) vorkommend

Leicht, weich, glänzend, niedriger Schmelzpunkt)

Gewinnung: durch Elektrolyse ihrer geschmolzenen Salze

Alkalihydroxide

Alkalimetalle + H O  Bildung von Hydroxiden z.B.: 2Na + H O  H + 2NaOH

Eigenschaften:          weiße, salzartige, feste Stoffe stark hygroskopisch lösen sich in Wasser

bilden starke Basen (z B. NaOH)

Oxide: Alkalimetalle bilden an Luft normale Oxide z.B.: LiO , Na O , allgemein: MeO

Erdalkalimetalle 2.Hauptgruppe

Eigenschaften: sehr unedel, nur in Verbindungen (Ox.Zahl: +II) vorkommend

_Feuerwerke:

Raketen:

gehören zu den bekanntesten Feuerwerkskörpern. Durch die Verbrennung eines unter hohem Druck in eine Hülse gepreßten Schwarzpulversatzes  (Treibsatz) entstehen Gase, die sich durch die Verbrennungstemperatur stark ausdehnen. Diese Gase können nur durch eine Bohrung am unteren Ende der Hülse (Düse) entweichen und treiben die R. nach dem R ckstoßprinzip an. Damit die Beschleunigung am Anfang stärker ist und die R. in ihrer Flugbahn

stabilisiert wird, verbrennt in den ersten 2 Sekunden in einer sog. Seele besonders viel Schwarzpulver. Danach nimmt der Schub ab. Nach insgesamt 4 Sekunden brennt der Pulverpressling am oberen Ende durch und z ndet eine Zerlegerladung. Diese zerreißt den R.-kopf (Hülse aus Pappe oder Plastik) und zündet die Effekte (Sterne, Heuler etc.). Dem Treibsatz können noch Metallsp ne (Titan oder Aluminium) beigemengt sein, um einen Silberperlen-Aufstieg zu erzeugen.

Zu Silvester werden sehr viele R. verwendet, bei Großfeuerwerken spielen sie meist eine untergeordnete Rolle: sie sind in ihrer Flugbahn relativ unberechenbar, können nur 'kleinere' Mengen Effektladung in den Himmel transportieren und die herunterfallenden Stöcke (sie dienen als Leitwerk für die R.) stellen bei Wind ein Sicherheitsrisiko f r das Publikum dar. Die meisten grö eren Effekte eines Höhenfeuerwerks werden durch Bomben verwirklicht.

KUGELBOMBEN

Im Gegensatz zum Silvesterfeuerwerk, bei dem fast ausschließlich Raketen gezündet werden, finden bei Großfeuerwerken vor allem Bomben Verwendung. Es handelt sich um (zumeist) mit Sternen und einer Zerlegerladung gefüllte Pappschalen (seltener Kunststoff), die aus Mörsern geschossen werden und bei der Explosion hoch in der Luft den erwünschten Effekt hervorbringen.

Für die Herstellung von Kugelbomben sind folgende Arbeitsschritte erforderlich:

Herstellung von Sternen und Zerlegerladung aus Chemikalien

Füllen von Bomben-Halbschalen mit diesen pyrotechnischen Produkten

Einsetzen eines Verzögerungszünders.

Zusammensetzen der gefüllten Halbschalen, Verkleben mit leimgetränkten Papierstreifen (Pasting).

Trocknungsprozeß

STERNE UND ZERLEGER

Der pyrotechnische Inhalt von Kugelbomben besteht hauptsächlich aus Sternen, die am Himmel als farbige oder funkensprühende Punkte und Streifen zu sehen sind, sowie der Zerlegerladung, die die Bombe am höchsten Punkt der Flugbahn zerrei t, die Sterne z ndet und auseinandertreibt. Die Farben- und Formenvielfalt der Sterne wird durch zahlreiche 'Rezepte' (Formeln) erreicht, nach denen Chemikalien zu pyrotechnischen Sätzen vermischt werden. Im ersten Arbeitsschritt werden deshalb die ben tigten Rohstoffe sehr genau abgewogen, zu feinstem Pulver gemahlen, gesiebt und im richtigen Verhältnis gemischt.

Für japanische Kugelbomben, bei denen sich die Sterne kugelförmig ausbreiten und dabei - evtl. mehrmals - die Farbe wechseln ( Warimono'-Bomben), sind runde Sterne mit exakt identischem Durchmesser erforderlich. Nur so wird erreicht, daß alle Sterne gleichzeitig farbwechseln und zum gleichen Zeitpunkt verglühen. Dies gilt als höchste Perfektion bei Warimonos.

Die Sterne ('Hoshi') werden in einer Rolltrommel um einen Kern dragiert - dies kann ein Samenkorn oder ein kleiner Leuchtstern sein. Durch abwechselnde, schrittweise Zugabe von Sternpulvergemisch und Lösungsmittel in die sich ständig drehende Rolltrommel wachsen die Sterne langsam nach dem 'Schneeballprinzip . Es erfordert großes Geschick, um mit dieser Methode Hoshi-kake')  gleich große und perfekt runde Sterne zu rollen. Die Sterne werden in mehreren Arbeitsschritten gerollt. Zwischendurch werden sie mehrmals vorsichtig aus der Rolltrommel genommen und auf Sieben oder Strohmatten ausgebreitet im Freien getrocknet. Würden die Sterne in nur einem Durchgang bis zum gewünschten Durchmesser gerollt, könnte die Feuchtigkeit (Lösungsmittel) beim anschließenden Trocknen nur sehr langsam aus den Sternen entweichen. Dies kann u.U. zu gefährlichen chemischen Reaktionen im Inneren der Pulversterne                                                                                                                                                                         führen. Für farbwechselnde Sterne kann nach jedem Trocknungsvorgang ein anderes Sternpulver aufgerollt werden. Nach der Explosion der Bombe erscheinen die Farben dann in umgekehrter Reihenfolge der Pulverschichten. Die zuletzt aufgerollte Schicht ist immer der sog. Zündmantel, ein dem Schwarzpulver ähnliches Gemisch, das als erstes zündet und seinerseits genügend Energie für die meist h heren Zündtemperaturen der Sternpulver liefert. Einfache Warimonos haben nur eine Lage aus Sternen entlang der Innenseite der Bombenschale. Der grö te Teil des Bombeninneren wird mit Zerlegerladung aufgefüllt; bei Warimonos mit mehreren Sternlagen befindet sich der Zerleger zwischen den Sternen.

Bei kleinkalibrigen Bomben wird vor allem grobkörniges Schwarzpulver als Zerlegerladung verwendet, wogegen für

größere Bomben der Schwarzpulversatz ähnlich dem Hoshi-kake um Samenkörner gerollt oder in einer d nnen Schicht auf Reishülsen Reisstroh) paniert' wird.

MONTAGE

Kugelbomben werden in reiner Handarbeit produziert. Japanische Feuerwerk-Meister ('Hanabishi') stellen besondere Bomben, z.B. für Festlichkeiten oder Wettkämpfe, in wochen- und monatelanger Arbeit selbst her. Kleinere Bomben werden in 'Fabriken' von Arbeitern in großen Stückzahlen montiert. Das Prinzip der Bombenmontage ist bei allen Kalibern gleich: zwei Halbschalen aus  Pappe werden sorgfältig mit Sternen und Zerlegerladung gefüllt, zusammengesetzt und dann miteinander verklebt.

Bei Warimono-Bomben werden zuerst die gerollten Sterne entlang der Halbschalen-Innenseiten   angeordnet; in eine Hälfte wurde zuvor ein Verzögerungszünder eingesetzt. Die Halbschalen werden dann mit der Zerlegerladung aufgefüllt, die durch feines Seidenpapier von den Sternen getrennt ist. Die gefüllten Halbschalen einer Bombe werden schließlich in einer schnellen Bewegung zusammengeführt ('Pacckuri'). Warimonos mit mehreren Sternlagen sind deutlich komplexer und deshalb schwieriger zu montieren.

Bevor die Halbschalen mit Klebeband fixiert werden, wird überfl ssiges Seidenpapier abgeschnitten. Im letzten Arbeitsschritt der Bombenmontage, dem Pasting ('Zukleben' , werden Papierstreifen um die Nahtstelle (Aquator) der Halbschalen und gleichmäßig um die ganze Bombe geklebt.

Dem Pasting kommt besondere Bedeutung zu. Durch die Anzahl der mit Leim getränkten Papierstreifen und deren Anordnung um die Bombe ergibt sich die Stärke der Bombenhülle. Im Zusammenhang mit Menge und Art der Zerlegerladung bestimmt  das Pasting, wie schnell die Bombe bei der Explosion zerrissen wird und mit welcher Kraft und Geschwindigkeit sich die Sterne ausbreiten. F r Chrysanthemen- und Peony-Warimonos findet eine sehr stabile Bombenhülle und ein kräftiger Zerleger Verwendung, um einen möglichst großen Durchmesser der 'Blüten' zu erreichen. Trauerweiden und Crown-Chrysanthemen besitzen hingegen etwas schwächere Bombenhüllen und weniger Zerlegerladung, damit die Sterne als 'Goldregen' in Richtung Boden fallen.

Großkalibrige Bomben brauchen zudem stabile Bombenh llen, damit sie beim Abschuß durch den Druck der Ausstoßladung nicht zerstört werden und schon im Mörserrohr explodieren. Das Pasting wird deshalb sehr sorgfältig mit zahlreichen Papierstreifen durchgeführt.

TROCKNEN

Je nach Anzahl der beim Pasting verwendeten Papierstreifen werden die Bomben in mehreren Schritten im Freien getrocknet. Es ist sehr wichtig, daß auch der letzte Rest Feuchtigkeit aus der Bombe entweicht, um unkontrollierte und gefährliche chemische Reaktionen der pyrotechnischen Füllung zu vermeiden. Nach meist tagelangem Trocknen sind die Bomben sicher und lagerf hig und bleiben auch längere Zeit funktionstüchtig.

Nach dem Trocknen sind die Bomben nahezu fertig. Um sie aus Mörserrohren abzuschießen, wird noch ein kleiner Beutel mit Schwarzpulver (Ausstoßladung, 'Schu ') an die untere Hälfte der Bombe um den Verzögerungszünder geklebt. Die Menge dieses Schwarzpulversatzes richtet sich nach Gewicht, Kaliber und gewünschter Steigh he der Bombe.

FUNKTIONSWEISE

Die typische japanische Kugelbombe ist die Warimono: Chrysanthemen- oder Peony-Sterne sind in einer oder mehreren 'single' bis 'multi petalled' bzw. 'with pistil') kugelförmigen Sternlagen angeordnet. Sämtliche Zwischenräume sind mit Zerlegerladung (meist Schwarzpulver) aufgefüllt. Ein Verzögerungszünder (z.B. 'Japanese Fuse') führt vom Außeren der Bombenhülle in das Zentrum der Bombe.

Die typische japanische Kugelbombe ist die Warimono: Chrysanthemen- oder Peony-Sterne (siehe Pyro-Technik- Lexikon) sind in einer oder mehreren ('single' bis 'multi petalled' bzw. 'with pistil') kugelförmigen Sternlagen angeordnet. Sämtliche Zwischenräume sind mit  Zerlegerladung (meist Schwarzpulver) aufgefüllt. Ein Verzögerungszünder (z B. 'Japanese Fuse ) führt vom Außeren der Bombenh lle in das Zentrum der Bombe.

Die Flugzeit von Bomben richtet sich nach ihrem Kaliber, Gewicht und der gewünschten Steighöhe. Sie wird durch Länge und Art des Verzögerungsz nders eingestellt. Der Durchschnittswert liegt bei etwa 3-3 5sec, großkalibrige Bomben können ber 5sec lang steigen. Während dieser Zeit brennt der Verzögerungszünder, bis seine Flamme in das Zentrum der Bombe durchschlägt und die Zerlegerladung entzündet.

Diese verbrennt in Sekundenbruchteilen und zündet ihrerseits die Sterne. Durch die Explosion wird die Bombenhülle

zerrissen und  die brennenden Sterne der Petals in Form grö er werdener Sphären auseinander getrieben. Durch die zusätzliche Zerlegerladung zwischen den einzelnen Sternlagen (bei Warimonos mit Pistil oder mehreren Petals), breiten sich äußere Petals stärker aus als innere.

BOMBENTYPEN

Kugelbomben können mit sehr unterschiedlichen pyrotechnischen Effekten gefüllt werden. Je nach Anordnung der

Effekte werden sie in zwei Grundtypen unterteilt:

WARIMONDO                                                              POKAMONO

Am häufigsten werden Warimono-Bomben geschossen. In der Bombenh lle sind ein oder mehrere Sternlagen ('Petals' und 'Pistils') konzentrisch um eine Zerlegerladung angeordnet. Dadurch breiten sich die Sterne bei der Bomben- Explosion kugelförmig aus.

In der einfachsten Form einer Pokamono-Bombe ('Poka') sind Sterne mit einer Zerlegerladung regellos in der Bombenhülle verteilt. Anstelle von Sternen können z.B. auch Tourbillions, Bombetten oder Crossette-Kometen mit dem Zerleger vermischt werden. Bei manchen Pokas ist die Zerlegerladung in Seidenpapier eingeschlossen und die Effekte werden ohne Anordnung um diese verteilt (siehe Zeichnung). Die Effekte werden bei der Explosion einer Poka nicht wie bei Warimonos kugelförmig weggesprengt, sondern in unregelmäßigen Formen am Himmel verteilt. Die Herstellung ist gewöhnlich einfacher als die von Warimono-Bomben.

Meistens besitzen Warimono-Bomben eine oder zwei ('single petalled' bzw. 'single petalled with pistil') Sternlagen. In komplexen Warimonos können drei ('double petalled with pistil') oder sogar mehr Sternlagen ('triple - multi petalled with pistil') angeordnet sein. Die  Herstellung solcher Bomben ist sehr schwierig und zeitaufwendig und dementsprechend teuer; deshalb werden sie meist nur einzeln zu besonderen Anl ssen geschossen. Typisch für Warimono-Bomben ist ein (mehrfaches) Farbwechseln der Chrysanthemen- (mit Schweif) oder Peony-

Sterne (ohne Schweif). Sterne der inneren Petals und des Pistils wechseln meist nur einmal die Farbe oder sind einfarbig.

Warimono- und Pokamono-Bomben können sehr variationsreich sein. Die Fukurinzu ist eine Warimono mit Pistil und einem zusätzlichen Ring ( Circle') um den Aquator. Weitere Abwandlungen von Warimonos sind z.B. Saturn- und Figuren-Bomben (siehe Gallery). Eine Mischform zwischen Warimonos und Pokamonos ist die Kowarimono: mehrere kleinere Bomben ('Shells') sind in der Bombenhülle verteilt. Diesen Effekt nennt man 'Shell of Shells' oder 'Thousand Flowers . Die inneren Shells können sowohl Warimonos als auch Pokas sein.