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Die Aktivierungsenergie

Gasherd, Grill und Staubexplosion: Wann eine Reaktion startet.

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Der Gasherd

AFB I–II

Dreht man am Gasherd den Knopf, strömt Erdgas aus. Erst wenn der elektrische Zünder einen Funken erzeugt, brennt eine Flamme. Danach brennt das Gas weiter, auch wenn der Zünder ausgeschaltet ist.

  1. Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm für die Verbrennung von Erdgas.
  2. Erkläre, warum das Gas ohne Funken nicht brennt, danach aber ohne Funken weiterbrennt.
  3. Beurteile, warum Gasgeruch in der Küche gefährlich ist, auch wenn keine Flamme brennt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Exotherm: Wo liegen die Produkte?
Hinweis zu Aufgabe b)
Wer liefert die Aktivierungsenergie am Anfang, wer später?
Hinweis zu Aufgabe c)
Was genügt als Aktivierungsenergie?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Achsen „Energie“ und „Reaktionsverlauf“; Edukte (Erdgas + Sauerstoff) links höher, Produkte (Kohlenstoffdioxid + Wasser) rechts tiefer; dazwischen ein Berg; Pfeil EA von Edukten zum Gipfel, Pfeil nach unten für die frei werdende Energie.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Gas und Luft brauchen eine Aktivierungsenergie; ohne Funken wird sie nicht erreicht. Nach dem Start setzt die exotherme Verbrennung mehr Energie frei, als zum Aktivieren nötig ist — die Flamme aktiviert das nachströmende Gas selbst.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Ausgeströmtes Gas bildet mit Luft ein explosives Gemisch. Schon ein kleiner Funke (Lichtschalter, Klingel) liefert genug Aktivierungsenergie. Deshalb: keine Schalter betätigen, lüften, Gas abdrehen.

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Staub in der Mühle

AFB II–III

In Getreidemühlen gab es früher schwere Explosionen. Mehl in einem Sack brennt kaum; als feiner Staub in der Luft verteilt, kann es explodieren.

  1. Vergleiche Mehl im Sack und Mehlstaub in der Luft im Hinblick auf die Oberfläche.
  2. Erläutere, warum der Staub schon durch einen kleinen Funken explodieren kann.
  3. Entwickle zwei Sicherheitsmaßnahmen für eine Mühle und begründe sie.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Denke an viele kleine Körnchen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Aktivierungsenergie und Reaktionsgeschwindigkeit …
Hinweis zu Aufgabe c)
Staub vermeiden, Funken vermeiden.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Im Sack liegen die Körnchen dicht, nur die äußere Schicht hat Kontakt zu Luft. Als Staub ist jedes Körnchen von Luft umgeben — die Oberfläche ist riesig.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die winzigen Körnchen erwärmen sich schnell und brauchen wenig Aktivierungsenergie. Weil sehr viele gleichzeitig mit Sauerstoff reagieren, wird die Energie schlagartig frei — die Reaktion setzt sich blitzschnell fort: Explosion.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Absaugen und Reinigen, damit sich kein Staub ansammelt (kein Brennstoff in der Luft); funkenfreie Werkzeuge, geerdete Maschinen, Rauchverbot (keine Aktivierungsenergie).