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F: Warum passiert recht wenig, wenn man etwas Na-Metall in einem Eimer mit Schnee gibt? Außer einem leichten Zischen war die Reaktion recht enttäuschend

A: Folgendes sollte passieren:

2 Na + 2 H₂O ———> 2 NaOH + H₂

In der Reaktionshitze sollte sich der Wasserstoff entzünden. Das funktioniert planmäßig mit flüssigem Wasser.
Beim Schnee ist es etwas anders. Zwar ist Eis immer mit flüssigem Wasser überzogen, so dass die Reaktion starten kann. Es ist einfach zu kalt für eine optimale Reaktion. So wird auch die Zündtemperatur des Luft/Wasserstoffgemischs nicht erreicht. Deshalb baut sich rasch zwischen Eis und Natriummetall ein isolierender Film von Wasserstoffgas auf, der die weitere Reaktion zwischen Na und Wasser unterbindet.

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F: Woher kommt der Name CERAN? Kommt in diesem Material Cer vor? Welche chemischen Elemente enthält CERAN?

A: Ceran® steht für keramisches Glas. Die Silbe -an ist eine typische Endung. Zum Beispiel findet man diese auch in der Bezeichnung Duran-Glas.
Ceran besteht vor allem aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid und Lithiumoxid. Ceran zeichnet eine geringe thermische Ausdehnung und hohe Temperaturbelastbarkeit aus. Deshalb benutzt man es für die Abdeckung der bekannten Kochfelder sowie als Trägermaterial für Spiegel von Riesenteleskopen.
Cer ist darin nicht enthalten. Man könnte aber daran denken, denn Cer nutzt man als Zusatz für Gläser, die Infrarot-Strahlung absorbieren sollen.

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F: Gestern tauchte in einer Redaktionskonferenz die Frage auf, wie Magnesiumfackeln eigentlich funktionieren. Wenn ich mich recht auf mein Chemiewissen besinne, ist es ja nicht der Sauerstoff des Wassers, der verbrennt, wenn eine Magnesiumfackel unter Wasser brennt. Da ich bereits bei einigen anderen Themen auf ihrer Webseite fündig geworden bin, dachte ich mir, dass Sie mir eventuell weiterhelfen könnten.
Was verbrennt denn in Magnesiumfackeln eigentlich?

A: Zuvor: Magnesiumbrände sind so heiß, dass man sie mit Wasser nicht löschen kann. Das brennende Metall zersetzt Wasser sogar und löst Knallgasexplosionen aus.
Wenn den Brand aber zuviel Wasser umgibt, dann leitet das die Wärme ab und der Mg-Brand verlischt. Seine Sauerstoffgewinnung aus Wasser setzt zwar Energie frei:

H₂O(g) + Mg ———> MgO + H₂ + 260 kJ / Formelumsatz

Dieser Vorgang erfordert aber eine hohe Aktivierungsenergie - zum Beispiel zum Verdampfen des Wassers der Umgebung...

Aus dem Grunde geben die Hersteller dem Magnesium seinen Sauerstoff einfach mit: Magnesiumfackeln bestehen also nicht nur aus brennbarem Metallpulver - z. B. Magnesium und / oder Aluminium. Hinzu kommen Oxidationsmittel wie Kaliumchlorat, Kaliumpermanganat oder Nitrat. Damit kann die Fackel auch unter Wasser brennen.
Das hat aber auch zur Folge, dass man sie kaum löschen kann. Kenner empfehlen das Mitführen eines Beils zum Abhacken der Flamme vom Fackelrest.
Die Flammen der Fackel lassen sich durch Zusatz von Salzen wie den Nitraten von Strontium, Lithium, Natrium oder Kupfer bunt färben.

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F: Wieder einmal wende ich mich hoffnungsvoll an Sie. In meiner Referendarsausbildung bin ich vergangene Woche zwischen meinen Mentor und meinen Fachleiter geraten. Es ging um den Versuch Reaktion von Natrium mit Wasser. Wenn man einen Natriumwürfel auf die Wasseroberfläche gibt, formt dieser sich rasch zu einer Kugel.
Jetzt der Streitpunkt. Warum?
Eine Meinung war, dass die Reaktion so stark exotherm ist, dass das Natrium schmilzt. Die andere Meinung war, dass das Stück sich nur rundet, weil es in Rotation kommt durch den Wasserstoff, der sich unter dem Natriumstück bildet und nach oben strömt.
Können Sie mir helfen? Wem soll ich glauben? Wie ist es denn tatsächlich?

A: Die Reaktion zwischen Natrium und Wasser ist stark exotherm.

2 Na + 2 H₂O ———> 2 NaOH + H₂ + 285,5 kJ / Formelumsatz

Diese Reaktionswärme reicht ja bekanntlich aus, um den Wasserstoff zu entzünden.

Natrium leitet als Metall hervorragend die Wärme und schmilzt deshalb; der Abrundungseffekt ist eher ein Tropfeneffekt aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls. Es ist vergleichbar mit einem Quecksilbertropfen, der sich als Metall durch Wasser nicht benetzen lässt. Dieser Tropfen ist zunächst flach - wie ein Quecksilbertropfen auf einer festen Unterlage.
Aufgrund der Wasserstofffreisetzung sinkt der Tropfen nicht ab. Außerdem kommt es deswegen auch zu einer Translation auf der Wasseroberfläche, die auch zur Rotation führen kann und damit zur Kugelbildung, wie Sie schon vermuten. Die Kugel ist allerdings nicht sonderlich ideal.

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F: Was rieche ich tatsächlich, wenn "es nach Ozon riecht" (sollte ja eigtl. geruchlos sein)?

A: Ozon ist ein Stinker. Seine Bezeichnung stammt vom griechischen ozein, zu deutsch: riechen. Auf Grund seines Geruchs (und seiner typischen Reaktionen) wurde Ozon von seinem Entdecker Schönbein zunächst den Halogenen zugeordnet. Der Geruch ist meines Erachtens eher süßlich, dabei aber stechend und ausgesprochen nachhaltig. Das heißt, wenn man etwas eingeatmet hat, wird man das Geruchsgefühl lange Zeit nicht mehr los.
Wenn Sie das Ozon einmal riechen wollen, elektrolysieren Sie verdünnte Schwefelsäure (c = 5 mol/l) (C). Der anodisch gebildete Sauerstoff ist ozonhaltig. (Siehe unsere Webseiten zum Ozon!)
Der oft im Zusammenhang mit Ozon beschriebene, so genannte "elektrische Geruch" ist wohl eher auf erhitzte Kunststoffbestandteile zurückzuführen.