zum Inhalt.
zur Hauptnavigation.

Inhalt

Hintergrund: Feuerwerk - Buntes Sprengstoff-Schauspiel

Explosivstoffe: Wie die Knaller vom Kriegsfeld in den Himmel kamen

  • Ein Silvesterrakete mit glühendem Schweif startet gerade aus einer Flasche, die in Sand eingegraben ist. Raketen – beliebte Feuerwerkskörper zu Silvester; Rechte: dpa
  • Mehrere bunte Silvesterraketen nebeneinander. Sie sind gefährlicher, als sie aussehen; Rechte: WDR/MEV

Knall-zisch-peng! Eine Rakete schießt aus der leeren Flasche, rast in den Nachthimmel und explodiert zu einem bunten Feuerwerk! Explosivstoffe müssen eben nicht immer Krieg bedeuten. Sie können auch zu friedlichen Zwecken eingesetzt werden, sogar zur Unterhaltung. Doch einfach eine Rakete anzuzünden, das reicht nicht: Ohne Chemie, Physik und ein feines Händchen bleibt der Himmel schwarz.

Explosivstoffe werden oft nach ihrer Verwendung eingeteilt: in Initialsprengstoffe wie Knallquecksilber, in Sprengstoffe wie Dynamit, in Treib- und Schießstoffe wie Schwarzpulver, in Zündmittel wie Streichhölzer sowie in pyrotechnische Erzeugnisse wie Feuerwerksraketen. Besonders bedeutsam ist das Schwarzpulver: Vor über 1000 Jahren wurde dieses Gemisch aus Kaliumnitrat, Holzkohle und Schwefel in China erfunden und bald darauf zum ersten Explosivstoff, der als Schießpulver in Waffen genutzt wurde. Heute wird Schwarzpulver vor allem als Sprengpulver in Steinbrüchen und als Treibmittel für Feuerwerksraketen gebraucht.

Eine gewöhnliche Silvesterrakete ist so aufgebaut: Unten ist der Raketenmotor – eine mit Schwarzpulver gefüllte Pappröhre plus Zündschnur. An die Seite ist ein Stab geklebt, der für einen geraden Flug gen Himmel sorgt. Auf dem Motor befindet sich der Raketenkopf. Diese Pappröhre hat einen etwas größeren Durchmesser und enthält die Effektfüllung, also all die Kügelchen, die Leuchtsterne genannt werden und später für das Feuerwerk sorgen. Darauf befindet sich noch die Raketenspitze.

Bunte Raketen: Wie die Farben des Feuerwerks entstehen

  • Kreisförmig blau explodierende Feuerwerkskörper über einer alten Brücke. Die Farben der Feuerwerkskörper spiegeln sich im ruhigen Wasser des Flusses. Blaues Licht entsteht durch Kupfersalze; Rechte: dpa
  • Flamme eines Bunsenbrenners leuchtet wie eine Wunderkerze. Eisenpulver brennt wie eine Wunderkerze; Rechte: mauritius

Nun kommen die Physik und Chemie ins Spiel: Sie lassen die Rakete aufsteigen und das Feuerwerk bunt leuchten. Entfacht man die Zündschnur, brennt das Schwarzpulver im Raketenmotor ab. Die dabei entstehenden heißen Gase sorgen für Schub, der die Rakete hinaufschießt. Dann verbrennt ein Pulver mit Titankrümeln oder Eisenspänen, man sieht einen Schweif. Schließlich brennt der Raketenmotor vollends durch und entzündet die Leuchtsterne. Der Raketenkopf explodiert und die Kügelchen werden weggeschleudert.

Brennen die Leuchtkugeln ab, wird Energie frei – so viel, dass Elektronen der äußersten besetzten Atomschale in die nächsthöhere Schale springen. Sogleich fallen die angeregten Elektronen wieder zurück. Dabei wird die zuvor zugefügte Energie als Lichtenergie abgegeben. Die Farbe hängt von der Wellenlänge des ausgesendeten Lichts ab, und die Wellenlänge wiederum vom Stoff. So senden Natrium-Leuchtsterne Licht mit einer Wellenlänge von 590 Nanometern aus und erscheinen somit gelb. Für rotes Licht benutzen Feuerwerker Strontiumsalze (605 bis 682 Nanometer), für grünes Licht Bariumsalze (490 bis 560 Nanometer) und für blaues Licht Kupfersalze (435 bis 440 Nanometer). Im Chemie-Unterricht kann man das anhand der Flammenfärbung überprüfen.

Für helle, stark leuchtende Farben braucht man Metalle wie Magnesium oder Aluminium. Für besonders brillante Farben fügt man Polyvinylchlorid (PVC) hinzu, denn dann werden die Metallsalze zu intensiver leuchtenden Metallchloriden. Für goldene Funken nimmt man Holzkohle oder Eisen, weil die langsamer abbrennen.

Leuchtsterne: Warum Raketen Redoxreaktionen brauchen

  • Zwei philippinische Männer hocken auf dem Boden und mischen in einer großen Metallschüssel die Zutaten für Feuerwerkskörper zusammen. Das Hantieren mit Schwarzpulver ist sehr gefährlich; Rechte: dpa
  • Luftaufnahme auf teilweise brennende, teilweise gelöschte Gebäude einer Feuerwerksfabrik. In der Mitte stehen zwei relativ unbeschädigte Container. Manchmal explodieren ganze Fabriken; Rechte: dpa

Die Kügelchen in der Effektfüllung bestehen natürlich nicht nur aus jenen Chemikalien, die später zu buntem Flitter und glitzernden Funken werden – das sind nur die flammenfärbenden Zusatzstoffe. Die Kugeln enthalten vor allem Oxidationsmittel und Reduktionsmittel. Immerhin ist die Feuerwerkerei keine Zauberei, sondern beruht auf chemischen Redoxreaktionen.

Die Oxidationsmittel stellen den Sauerstoff für die Verbrennung der Leuchtsterne bereit. Somit kann das Feuerwerk unabhängig vom Luftsauerstoff ablaufen. Am besten geeignet sind Metallsalze sauerstoffreicher, anorganischer Säuren, also etwa Nitrate oder Perchlorate. Die Reduktionsmittel dienen als Brennstoff, denn die flammenfärbenden Stoffe verbrennen und leuchten nur bei hohen Temperaturen. Am besten geeignet sind organische Verbindungen (zum Beispiel Holzkohle und PVC), Metalle (Magnesium, Eisen), Legierungen (Ferrotitanium) und Nichtmetalle (Schwefel).

Damit ist das Leuchtstern-Gemisch noch nicht fertig: Hinein gehören auch Katalysatoren und Inhibitoren. Sie beschleunigen oder bremsen die chemischen Reaktionen und regulieren so, wie schnell die Leuchtsterne abbrennen. Außerdem braucht man noch Bindemittel wie Stärke, damit all die pulvrigen Stoffe sich zu kleinen Kugeln formen lassen.

Das Herstellen dieser Leuchtsterne ist gefährlich: Manche Chemikalien vertragen sich nicht miteinander und führen zu unerwünschten Reaktionen, eventuell gar zur Katastrophe. Das kann ebenso bei verunreinigten Stoffen passieren.

Kugelbomben: Wie man Schmetterlinge in den Himmel malt

  • Durcheinander explodierende Feuerwerkskörper am nächtlichen Himmel. "Normale" Raketen explodieren unsymmetrisch; Rechte: Mauritius
  • In symmetrischen Kugeln explodierende Feuerwerkskörper vor der nächtlich erleuchteten Skyline von Hongkong. Hier waren Profis am Werk; Rechte: dpa

Am Nachthimmel kann man übrigens sehr leicht erkennen, ob das Feuerwerk von einer herkömmlichen Silvesterrakete stammt: Wenn ja, dann sprühen die Funken relativ unsymmetrisch auseinander. Das liegt daran, dass die Leuchtsterne ungeordnet in der Rakete liegen und somit auch ungleichmäßig weggeschleudert werden.

Symmetrische Feuerwerke stammen von sogenannten Kugelbomben. Sie bestehen aus zwei Papp- oder Plastik-Halbschalen, die in mehreren Schichten gefüllt und dann zusammengeklebt werden. Der Formen- und Farbenvielfalt sind hier kaum Grenzen gesetzt. So kann man zum Beispiel Chrysanthemen-Blumen in den Himmel malen, die je nach Leuchtstern-Gemisch und Anzahl der Schichten nacheinander in verschiedenen Farben erblühen.

Sogar "Smileys" lassen sich in den Himmel malen: Dazu werden die beiden Halbkugeln mit Stroh oder Schwarzpulver gefüllt, und auf eine der beiden werden dann in der Ringebene Leuchtsterne in Form eines lachenden Gesichts angeordnet. Zudem gibt es noch die Kowarimono: Diese Kugelbomben werden mit kleineren Kugelbomben gefüllt – und am Himmel entsteht dann ein Ring aus vielen kleinen Ringen. Ganz ausgefallene Kugelbomben sorgen sogar für ein Feuerwerk mit Schmetterlingen, Regenschirmen oder dem Planeten Saturn.

Sichere Silvesterknaller: Warum trotzdem Menschen verletzt werden

  • Symbolschild mit explodierender Bombe. Darunter der Schriftzug "Explosionsgefährlich". Diese Warnung sollte ernst genommen werden; Rechte: mauritius
  • Zerfetzte künstliche Hand. Silvesterknaller können schlimme Verletzungen hervorrufen; Rechte: dpa

Egal, ob Rakete oder Kugelbombe: In Deutschland unterliegen alle pyrotechnischen Gegenstände dem Sprengstoffgesetz. Zur Klasse P1 gehören etwa Wunderkerzen und Knallerbsen: Sie dürfen das ganze Jahr über verkauft werden, auch an Jugendliche (wobei ein Mindestalter von zwölf Jahren empfohlen wird). Zur Klasse P2 gehören etwa Fontänen, Chinaböller und kleinere Raketen: Sie dürfen nur an Silvester verkauft und gezündet werden. Wer sie zu einem anderen Zeitpunkt in die Luft jagen möchte, etwa zu einer Hochzeit, braucht eine Ausnahmegenehmigung der örtlichen Behörde. Und zur Klasse P3 gehören all jene Knallkörper, die nur Profi-Feuerwerker bekommen und nutzen dürfen.

Alle Feuerwerkskörper der Klassen P1, P2 und P3 haben ein Zulassungszeichen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Diese testet alle Feuerwerke, die auf den deutschen Markt sollen, ob sie sicher genug sind und die gesetzlichen Vorschriften einhalten. Nur P4-Feuerwerke brauchen keine BAM-Zulassung. Dabei handelt es sich um Kugelbomben für Höhenfeuerwerke und Raketen für Großfeuerwerke. Ihre Qualität wird trotzdem ständig überprüft. Außerdem dürfen sie nur an Berufspyrotechniker abgegeben werden.

Doch all der Spaß kann böse enden. Allein in jeder Silvesternacht landen in Deutschland Dutzende Kinder und Erwachsene in der Notaufnahme – mit Verbrennungen, Augenverletzungen oder Hörschäden. Manche verlieren Finger oder werden blind. Der Grund: Viele Menschen gehen unvorsichtig mit Feuerwerk um. Sie werfen Böller auf andere oder halten Raketen zu lange in der Hand.