Lehrerversuch; 10 min.

Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Geräte
Pappröhre, Klebefolie, Pappdeckel, Korkenstückchen, Tropfpipette, Streichhölzer, Reagenzglasklammer, Gehörschutz.

Chemikalien
Feuerzeugbenzin (F).

Durchführung
Eine Pappröhre (z. B. von einer alten Küchenpapierrolle) wird an einer Seite mit Klebefolie gut abgeklebt und so verschlossen. An diese untere Seite der Röhre bohrt man durch die Pappwand ein ca. 5 mm großes Loch. In die Röhre werden zusätzlich kleine Korkenstückchen gegeben.
Anschließend tropft man 1 Tropfen Reinigungsbenzin in die Pappröhre, hält die obere Seite mit einem Pappdeckel zu, verschließt das gebohrte Loch mit dem Daumen und schüttelt die Röhre gut durch. Dann wird das durchbohrte Loch geöffnet, die Hand vom Deckel genommen und ein an einer Reagenzglasklammer befestigtes, brennendes Streichholz an das Loch geführt (Gehörschutz!). Der Versuch wird mit jeweils einem Tropfen mehr an Benzin wiederholt.

Beobachtung
Die verschieden konzentrierten Benzin-Luft-Gemische reagieren unterschiedlich heftig. Bis zu einer bestimmten Anzahl von Tropfen kommt es zu keiner Entzündung. Dann gibt es einen Bereich, innerhalb dessen eine leichte Verpuffung beobachtet werden kann; der Pappdeckel fällt von der Röhrenöffnung. Bei einer etwas höheren Tropfenzahl hört man einen explosionsartigen Knall und der Pappdeckel fliegt in hohem Bogen durch den Raum. Gibt man viel mehr Benzin hinzu, kommt es wieder zu einer Verpuffung.

Auswertung
Nicht jedes Benzin-Luft-Gemisch explodiert bei einer Zündung. Es müssen beide Komponenten in einem bestimmten Mischungsverhältnis vorliegen, so dass man magere, optimale und fette Gemische unterscheidet. Wie viele Benzintropfen dazu benötigt werden hängt vom Volumen der verwendeten Pappröhre ab.
Für ein optimales Gemisch müssen für jedes Brennstoffmolekül genau so viele Sauerstoffmoleküle vorliegen, wie zu seiner vollständigen Oxidation notwendig sind. Feuerzeugbenzin besteht zum größten Teil aus Heptan, welches mit Sauerstoff nach folgender Reaktionsgleichung reagiert:

C₇H₁₆ + 11 O₂ à 7 CO₂ + 8 H₂O

Aus dieser Reaktionsgleichung folgt, dass 1 Heptanmolekül zur vollständigen Verbrennung 11 Sauerstoffmoleküle benötigt. Nach der Avogadro-Regel reagieren so 1 Liter gasförmiges Heptan mit 25 Litern Sauerstoff. Da in der Luft ca. 21 % Sauerstoff enthalten sind, müssen für eine vollständige Verbrennung von 1 Liter Heptangas demzufolge 52 Liter Luft zur Verfügung stehen. Ein optimales Gemisch besteht demnach aus 1,9 % gasförmigem Brennstoff und 98,1 % Luft.
Treibstoffbetriebene Motoren nutzen die Verbrennung optimaler Gemische, um möglichst viel Energie aus dem jeweiligen Treibstoff zu erzielen.

Literatur
R. Blume, Chemie für Gymnasien, Organische Chemie Themenheft 2, Cornelsen Verlag, Berlin 1994, 34.