Wunderkerzen kann man nicht auspusten – warum?

Das neue Jahr steht vor der Tür und die Vorbereitungen für die Silvesterparty sind in vollem Gange. Was neben Sekt, Luftschlangen und Berlinern dabei natürlich nicht fehlen darf, sind Wunderkerzen. Es gibt sie von kurz bis lang, sogar in Form von Buchstaben, sie knistern so toll und können in unterschiedlichen Farben brennen!

Wir verraten, wie Wunderkerzen funktionieren!

Erst einmal zum Aufbau und die Bedeutung der einzelnen Komponenten…

Sie bestehen in der Regel aus einem verkupfertem Stahldraht und einer grauen, leicht brennbaren Masse, die ein Oxidationsmittel, Metallpulver sowie ein Bindemittel enthält. Die einzelnen Komponenten dieser Brennschicht übernehmen dabei folgende Aufgaben:

Metallpulver: Entscheidet über die Funkenfarbe und wirkt als Brennstoff, z.B.:

  • Aluminium, Magnesium, Titan: weiß
  • Eisen: orange
  • Ferrotitan: gelb-gold

Oxidationsmittel (ein Stoff, der Elektronen aufnimmt und dadurch reduziert wird; Elektronenakzeptor): Entscheidend für die Funkenbildung und das Abbrennen der Wunderkerze, z.B.:

  • Bariumnitrat: Zersetzt sich bei Temperaturen über 550 °C zu Bariumoxid, Stickstoff, Stickstoffmonoxid und Sauerstoff. Bariumnitrat eignet sich als gutes Oxidationsmittel, da es Sauerstoffs freisetzt, der die Elektronen des oxidierten (Brenn-)Stoffes, des Metallpulvers, aufnehmen kann.

Bindemittel: Hält die Brennschicht zusammen, z.B.:

  • Mehl: Das Klebeprotein Gluten im Mehl bildet in Verbindung mit Wasser eine elastische Masse. Gluten bildet sich aus den beiden Eiweißen Gliadin und Glutenin, wenn diese mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen. 
  • Kartoffelstärke: Stärke hat bindende, stabilisierende, quellende und verdickende Eigenschaften, daher bildet sie in Verbindung mit warmem Wasser eine viskose Lösung, die beim Abkühlen erstarrt.
  • Dextrin*: Ist ein Polysaccharid (Mehrfachzucker), das beim Abbau von zum Beispiel Kartoffelstärke entsteht. Dextrin ist besser wasserlöslich als Stärke.

* Dextrin ist übrigens auch auf der Rückseite von Briefmarken zu finden und dient hier als Klebemittel. Als Zucker besitzt Dextrin zwar nur eine geringe Süßkraft, aber beim Anfeuchten der Briefmarke mit der Zunge nimmt man dennoch einen leicht süßlichen Geschmack wahr.

Wie entstehen denn nun die Sternchen?

In der bereits beschriebenen Brennschicht sind auch Eisenkörner enthalten. Diese sind dafür verantwortlich, dass die sternförmigen Funken entstehen, da der in ihnen enthaltene Kohlenstoff zu CO2 reagiert, das dafür sorgt, dass die Eisenkörner von der Wunderkerze weggeschleudert werden. Dabei sind die Sternchen zu sehen, wobei diese Sternchen auseinanderspritzen, wenn mehrere glühende Körner zusammenkleben und auseinanderfallen.

Die Eisenkörner benötigen aber hohe Temperaturen damit sie überhaupt anfangen zu glühen. Um dies zu gewährleisten, ist das bereits erwähnte Oxidationsmittel Bariumnitrat notwendig, das Sauerstoff freisetzt. Das ebenfalls enthaltene Metallpulver, zum Beispiel Aluminium, verbindet sich mit dem freigesetzten Sauerstoff und verbrennt. Dabei entsteht eine so extreme Hitze, dass die Eisenspäne beginnen zu glühen und mit Sauerstoff nun ebenfalls reagieren können.

Unterstützt wird die Funkenbildung noch zusätzlich durch die entstehenden Gase bei der Verbrennung der Stärke (gasförmiges Wasser = H20; Kohlenstoffdioxid = CO2) sowie der Zersetzung des Bariumnitrats (Stickstoff = N2), die ebenfalls dazu beitragen, dass die Metallkörner weggeschleudert werden.

Warum kann man Wunderkerzen nicht auspusten?

Herkömmliche Kerzen brennen, indem sie sich den Sauerstoff für den Verbrennungsprozess aus ihrer Umgebung, der Luft, holen.

Bei Wunderkerzen hingegen, findet ein chemischer Prozess statt, bei dem Metall verbrannt wird. Da dies, wie bereits erwähnt, hohe Temperaturen erfordert, wird beim Abbrennen einer Wunderkerze daher selbst Sauerstoff erzeugt. Das heißt, hier wird reiner Sauerstoff für den Verbrennungsprozess eingesetzt, während in der umgebenden Luft lediglich 21 Prozent Sauerstoff enthalten sind (siehe hierzu auch folgendes Experiment: https://www.phywe.de/de/reaktionen-in-reinem-sauerstoff.html). Durch den selbst erzeugten Sauerstoff, wird der Brennvorgang entsprechend „angeheizt“, wodurch höhere Temperaturen erreicht werden, die für das Verbrennen des Metalls notwendig sind, welches für den Sternchen-Effekt verantwortlich ist.

Aufgrund der hohen Temperaturen beim Abbrennen der Wunderkerze reicht die Abkühlung, die durch das Pusten entsteht nicht aus, um das Brennen zu unterbinden.

Aluminium und Magnesium im Unterricht verbrennen?

Mit diesem Experiment lässt sich die Abhängigkeit der Verbrennungsgeschwindigkeit vom Zerteilungsgrad und der Durchmischung mit Sauerstoff ganz einfach nachvollziehen:

Weiterführende Informationen finden Sie hier:

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.