Bang Boom Bang – Feuerwerk !

Physik ist das was nie gelingt, Chemie ist das was kracht und stinkt. Jeder kennt dieses flotte Sprüchlein. Und das diese Aussage, zumindest der Teil, der sich auf die Chemie bezieht, wahr ist, kriegt man zu Sylvester regelmäßig vor Augen geführt. Feuerwerk ist eine chemische Errungenschaft, die für viele mit Silvester untrennbar verbunden ist und die nicht nur knallt und leuchtet, sondern auch für dicke Luft sorgt (sprich: auch stinkt).

2013 Fireworks on Eiffel Tower 49

Ein schwarzes Pulver für bunte Farben

Zentraler Bestandteil jedes Feuerwerks, ob Böller oder Rakete, ist Sprengstoff. Sofern man einen handelsüblichen, regelkonformen Feuerwerkskörper kauft, handelt es sich dabei um Schwarzpulver, den Urvater aller Sprengstoffe.

Berthold Schwartz, Inventeur de l'Artillerie (André Thevet, 1584)
Berthold Schwartz, Inventeur de l’Artillerie (André Thevet, 1584)

Einer Legende nach wurden Pulver und Kanone durch Zufall durch einen Franziskaner Mönch mit Namen Berthold Schwarz erfunden, als dieser bei seinen alchemistischen Experimenten in einem Mörser Salpeter, Schwefel und Holzkohle verrieb und diesen dann auf den Ofen stellte, um kurz den Raum zu verlassen. Die kurz darauf stattfindende Explosion beförderte den verwendeten Stößel an die Decke des Raums, wo sich dieser in einen Deckenbalken bohrte und selbst nach Anrufung der hl. Barbara von den herbei geeilten Mönchen dort nicht mehr herausgezogen werden konnte. In Gedenken an diese Entdeckung trägt das Pulver nun den Namen des Erfinders, kurzläufige Geschütze den Namen „Mörser“ und die heilige Barbara wurde zur Schutzheiligen der Artilleristen.

Tatsächlich haben aber wohl die Chinesen das Pulver erfunden. Und das bereits um
25 – 250 n. Chr. Besonders der Mönch Li Tian soll sich zur Zeit der Tang-Dynastie besonders um das Feuerwerk verdient gemacht haben, da er den Bahzou, den Urvater des heutigen Chinaböllers erfand: Schießpulver gefüllt in ein Bambus-Rohr. Der Knall dieses Böllers muß wohl ziemlich deftig gewesen sein, diente aber noch nicht dem Amüsement oder der Kriegskunst, sondern sollte böse Geister und Dämonen in die Flucht schlagen. Mit der Erfindung des Feuerpfeils um das 12. Jahrhundert, war dann auch die Grundlage für die Feuerwerksrakete gelegt.

Nach Europa gelangte das Schießpulver dann über den franziskanischen Forschungsreisenden Wilhelm von Rubruck, der die Rezeptur 1255 von seiner Reise zu den Mongolen mitbrachte. Feuerwerk zu Unterhaltungszwecken wurde dann irgendwann besonders bei Hofe populär. Das erste Feuerwerk auf deutschem Boden ist Kaiser Maximilian I. anlässlich des Reichstags 1506 in Konstanz zu verdanken. Der englische König setzte dem noch Eins oben drauf, indem er sich von Händel die Feuerwerksmusik komponieren ließ, die 1749 zur Uraufführung kam.

Ein Wort der Warnung…

Nun mag mancher denken, dass so ein bisschen Schwarzpulver ein lohnendes Projekt für den Hobbykeller ist. Kohlenstaub, Schwefel und Salpeter sind schnell beschafft und kosten wenig. Oder man greift zu anderen Mischungen aus Bau- & Gartenbaumarkt Artikeln, um etwas zusammen zu mixen was knallt. Der Erfindungsreichtum des Improfeuerwerkers sind keine Grenzen gesetzt. Tatsächlich kommt es erstaunlich häufig vor, dass man als Chemiker von Laien gefragt wird, ob man nicht etwas zusammen mischen kann, was richtig knallt… Nun, können kann der Chemiker sicher schon, doch tut er gut daran (genauso wie der potentielle Improfeuerwerker) die Finger von solchen Unterfangen zu lassen. Denn man sollte es sich zum Grundsatz machen, nach getaner Arbeit immer die selbe Anzahl an Fingern mit nachhause zu nehmen, die man ursprünglich mitgebracht hat.

Und damit keiner der frischgebackenen Chemiestudenten auf krumme Gedanken kommt, wurde uns vor unserem ersten Laborkurs mit ziemlich drastischen Bildern vor Augen geführt, was so alles schief gehen kann, wenn man unbedacht mit explosiven Mischungen arbeitet. Was auf dem Foto wie ein Pfund Zwiebelmett anmutete, war tatsächlich mal eine menschliche Hand.

Handwrist
Darum sollte man keine Pyrotechnik im Hobbykeller betreiben…
Aber es gibt immer Unbelehrbare… Die nur mal gucken wollten… Die nur ganz wenig hergestellt haben… Wie der eine Kollege, der zu „Forschungszwecken“ in seinem Kellerlabor ein wenig Acetonperoxid hergestellt hat und dem selbiges dann (leichte Reibung genügt) in den Händen explodiert ist… Resultat: Ein längerer Krankenhausaufenthalt und lebenslange Narben auf beiden Armen und nur noch 10 % Sehfähigkeit auf einem Auge…

Auch kommerzielle Böller sind mit Vorsicht zu genießen… Klar, sie explodieren gewiss nicht urplötzlich wie manche Eigenbauartikel, aber auch hier kann einiges schiefgehen, wenn man unsachgemäß und/oder unkonzentriert daran herumfuhrwerkt.

In meinen Augen lohnt sich das Risiko für die ganze Knallerei nicht. Ich hänge an meinen Fingern und sie hängen an mir. Und da sollen sie auch bleiben.

Feuerwerkswissenschaft

Das Pulver knallt, es befördert die Rakete gen Himmel… Zwei wichtige Funktionen der Feuerwerksrakete haben wir abgehakt. Fehlt noch der bunte Feuerzauber. Wenn wir an den Chemieunterricht in der Schule zurück denken, dann erinnern wir uns mit Sicherheit auch an die Flammenfärbung ! Eben jenes Phänomen, dass man beobachten kann, wenn man bestimmte Metallsalze in eine heiße Flamme (so z.B. einen Bunsenbrenner) einbringt.

Achtung ! Physikalischer Exkurs !
Allen Elementen ist gemeinsam, dass Sie bei ausreichend hohen Temperaturen Licht aussenden. Bei den uns interessierenden Metallen sind, sind dies bereits Temperaturen, die in einer Bunsenbrennerflamme oder eben beim Abbrand von Schwarzpulver auftreten, farbiges Licht abgeben. Durch die thermische Energie der Flamme (A) werden die Metallionen angeregt, d.h. Elektronen aus der Schale des Atoms werden aus ihrem Grundzustand auf ein energetisch höheres Niveau angehoben (B). Bekanntermaßen ist der natürliche Lauf der Dinge, dass Alles, dem viel Energie innewohnt, diese in der Regel möglichst schnell wieder abgeben will. Dies bedeutet, dass unser angeregtes Elektron wieder in seinen Grundzustand zurück fällt (C) und die überschüssige Energie wieder als Licht abgibt (D).

Hier mal eine kleine Auswahl der möglichen Farben:

Element Farbe
Lithium karminrot
Natrium gelb
Barium gelb-grün
Kupfer Smaragdgrün
Azurblau
Caesium violett
Strontium ziegelrot
Calcium orange

Letztendlich kommt in einen farbigen Feuerwerkseffekt eine komplexe Mixtur verschiedener Chemikalien, die ungefähr folgendem Grundschema ähnelt:

  • Brennstoff
  • Oxidationsmittel (Führt der Verbrennung mehr Sauerstoff zu, damit die Flamme heißer brennt)
  • Additiv zur Flammenfärbung (Salze, siehe oben)
  • Chlordonator (Sorgt für eine intensivere Färbung und kann bei manchen Metallen eine andere Farbnuance hervorrufen, z.B. Grün im Falle von Kupfer)
  • Bindemittel (damit der ganze Kladderadatsch auch zusammen hält)

Wo Licht ist da ist auch Schatten…

Doch so schön Feuerwerk auch ist, es hat auch seine Schattenseiten, von der mit ihm einhergehenden Explosionsgefahr mal abgesehen. Ist die Luft der Silvesternacht auch noch so klar, spätestens um Mitternacht ist Schluss damit. Denn alles was verbrennt, erzeugt auch Abgase. Die Holzkohle wird zu CO2, der Schwefel erzeugt Schwefeloxide & Sulfide… Tatsächlich ist die Chemie der Schwarzpulververbrennung recht komplex, bei der ein buntes Gemisch an festen und gasförmigen Produkten frei wird. Und auch die Metallsalze und sonstigen Zutaten lösen sich nicht in Wohlgefallen auf, sondern enden als Feinstaub in der Luft, fast 5000 Tonnen (!) davon… Das ist eine beachtliche Menge, angesichts der Tatsache, dass ein Staubpartikel im Schnitt einen Durchmesser von 10 µm hat und damit fast nichts wiegt.

Feinstaub in der Silvesternacht (Quelle: Umweltbundesamt), für volle Größe KLICKEN

 

Interessant ist die Karte des Umweltbundesamts, die die Feinstaubbelastung vom 1.1.2017, 1 Uhr abbildet und uns eine ungefähre Vorstellung vermitteln, wo die größten Feuerwerksenthusiasten sitzen. Der Rekordhalter 2017 ist Leipzig mit 1860 µg/m3 ! Aber man braucht keine Messstation, um einen Eindruck davon zu kriegen, denn es wird ziemlich „neblig“.

Schall gilt übrigens auch als schädliche Emission ! Denn was des Einen Freud ist, ist des anderen Leid: Ich spreche hier sicher im Sinne vieler Haustierbesitzer, deren Tierchen durch die exzessive Knallerei fast durchdrehen.

Diese Katze ist GEGEN Böllerei !

Vor lauter Nebel darf man aber eine weitere Gefahr nicht außer Acht lassen: den Fallout ! Merke: Es braucht keinen atomaren Beschuss, um Fallout zu erzeugen. Während verkohlte Papierreste einer Rakete oder eines Böllers ein vergleichsweise geringes Übel sind, kann es jedoch ziemlich unangenehm sein, wenn einem das hölzerne Leitwerk oder Plastikspitzen einer Rakete auf den Kopf knallen. Neben diesem ‚kalten Fallout‘ gibt es auch noch heißen in Form von Schlacke (Metalloxide), die zwar selten als fester Körper den Boden erreichen, aber dennoch vorkommen.

Bedient man sich statt der klassischen Rakete einer Feuerwerksbatterie (1 x anzünden, zig mal schießen) bleibt der kalte Fallout zwar aus, aber die leer geschossene Karkasse aus Pappe und Ziegelmehl bleibt auf der Erde stehen. Während diese zwar niemandem auf den Kopf fallen können, bleiben diese aber meist eine ganze Weile stehen bis sich jemand erbarmt den Müll mal wegzuräumen. Sprich: In der Nachbarschaft siehts aus wie auf der Müllkippe.

Reste vom Vortag... Feuerwerksmüll
Reste vom Vortag… Feuerwerksmüll

Besonderer Augenmerk gilt einer besonderen Form von Fallout: dem Blindgänger. So kommt es immer wieder mal vor, dass die Rakete zwar kurz abhebt, aber nicht wirklich durchzündet und dann immer noch betriebsbereit auf dem Boden zu liegen kommt. Nun ist es nicht gerade ungefährlich diese Blindgänger zu beseitigen und deswegen bleiben sie oft liegen. Sehr zur Freude vieler Jugendlicher, die den Neujahrstag damit verbringen die Hinterlassenschaften der Silvesternacht nach solchen Versagern abzusuchen, um diese dann irgendwelchem Unfug zuzuführen. Das natürlich mit den Fundstücken kein sicheres Hantieren möglich ist, liegt auf der Hand. Daher kann man nur an alle Feuerwerksenthusiasten appellieren, entsprechende Hinterlassenschaften sicher zu beseitigen. So empfiehlt z.B. Feuerwerk.net:

Bei stehengebliebenen Feuerwerkskörpern jeglicher Art sollte vor einer Annäherung mindestens 15-30 Minuten gewartet werden. Mörser und Batterien werden nicht untersucht (mögliche versteckte Funken/Glut, Hang Fire), sondern mit viel Wasser aufgefüllt, Fontänen, Silvester-Knallkörper usw. in Wassereimern „ertränkt“.
— Quelle: Feuerwerk.net

Dennoch will ich Feuerwerk keinem madig machen. Auch ich erfreue mich an einer virtuos durchgeführten Feuerwerksshow. Wohlgemerkt solche mit buntem Funkenregen… Rohe Böllerei ist meiner Meinung nach einfach nur unnötiger Krach. Und selbst, wenn man jetzt den Einwand erhebt, man wolle damit die bösen Geister vertreiben… Glauben Sie allen Ernstes, dass sich Dämonen von ein bisschen Krach in die Flucht schlagen lassen ? Jeder Horrorfilm belehrt einen eines Besseren…

Also weg von der exzessiven Knallerei. Warum nicht einfach statt des ungelenkten Jedermann-Feuerwerks eine organisierte Show durch Profis mit entsprechenden Effekten ? Der Profi ist in sicherem Umgang geschult und sein Feuerwerk ist eh spektakulärer als das im Baumarkt verkaufte. Konsequenz: Weniger Müll, weniger Feinstaub, weniger Verletzte und trotzdem eine gute Show.

In diesem Sinne allen Lesern ein frohes und gesundes Jahr 2018 !

 

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