Allgemeine Hinweise zum Experimentieren und Disclaimer beachten!
Flüssiger Sauerstoff ist ein außerordentlich starkes Oxidationsmittel. Das liegt hauptsächlich daran, dass kondensierte Materie viel dichter vorliegt. Ein Mol gasförmiger Sauerstoff nimmt ein Volumen von ungefähr 22 L ein. Normale Luft besteht zu ca. 80 % aus Stickstoff und nur zu ca. 20 % aus Sauerstoff – ein Mol davon kommt also nur in mehr als 100 L Luft vor. Die Geschwindigkeit einer Verbrennungsreaktion wird so durch die Verfügbarkeit von Sauerstoff limitiert. Wird Sauerstoff kondensiert, nimmt ein Mol nur noch ein Volumen von 26 mL ein. Obwohl Flüssigsauerstoff mit einem Siedepunkt von -183 °C äußerst kalt ist, laufen dadurch Verbrennungen sehr schnell ab, sodass er auch Einzug als Oxidans bei Raketentreibstoffen fand.
SCHWIERIGKEIT:
Demonstrationsexperiment - schwer
GERÄTE
Dewargefäß, Reagenzglas, Sauerstoff-Druckgasflasche, Edelstahltiegel, Feuerzeug, Feuerlöscher, Cryo-Handschuhe, Pinzette, Zigarre, Schraubenzieher, Stativmaterial
CHEMIKALIEN
Flüssiger Stickstoff
DURCHFÜHRUNG
Um Flüssigsauerstoff herzustellen, wird ein Dewargefäß mit Flüssigstickstoff befüllt und damit ein Reagenzglas gekühlt. Aus einer Sauerstoff-Druckgasflasche wird mittels Druckminderer ein sehr schwacher Sauerstoffstrom eingestellt und über eine Pasteurpipette in das gekühlte Reagenzglas eingeleitet. Da Stickstoff einen etwas tieferen Siedepunkt als Sauerstoff aufweist, vermag er letzteren zu kondensieren. In 10 min lassen sich in etwa 15 mL Flüssigsauerstoff herstellen.
Für die Versuche wird das Reagenzglas aus dem Dewargefäß entfernt. Sofort fällt die blassblaue Farbe des Sauerstoffs auf. Dies liegt an in kondensierter Form ebenfalls häufiger vorliegendem Singulett-Sauerstoff (Ein Experiment dazu gibt es hier).
Brennendes Streichholz:
Wird nun ein brennendes Streichholz in das Reagenzglas geworfen (Pinzette, Abstand!), verbrennt dieses nahezu rückstandslos.
Schnelles Zigarrenrauchen:
Eine Zigarre wird an einem Schraubenzieher aufgespießt und für mehrere Minuten in flüssigem Sauerstoff getränkt. Danach wird der Schraubenzieher in einer Stativklemme eingespannt und die Zigarre am anderen Ende entzündet. Diese verbrennt in wenigen Sekunden.
Müsli mit Sauerstoff
Auf Lebensmittelverpackungen findet sich eine Angabe des sogenannten Brennwerts in kcal oder kJ. 100 g „Kellog’s Smacks“ haben z.B. einen Brennwert von 1578 kJ. Um das in Relation zu setzen: Die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff (Hier haben wir das Experiment beschrieben) liefert pro Mol „nur“ 571 kJ (Anmerkung: Die molare Masse von Wasserstoff ist 1 g/mol. 100 g würden also eine Energie von 57 100 kJ freisetzen). Diesen dennoch beachtlichen Energiegehalt kann man folgendermaßen darstellen:
Ein paar wenige Körner werden in einem Edelstahltiegel platziert und - anstatt von Milch -mit genug Flüssigsauerstoff übergossen und nach etwas Einwirkzeit entzündet.
Die 1578 kJ/100 g beziehen sich auf den vom Körper verwertbaren Brennwert. In dem Experiment wird das Müsli aber komplett verbrannt, wodurch ein höher Brennwert vorgetäuscht wird. Der Körper kann nicht 100 % der Energie verwerten – darum ist der Brennwert auf der Verpackung etwas geringer angegeben.
Verbrennung von Eisenwolle:
In einem Edelstahltiegel wird etwas Flüssigsauerstoff bereitgestellt und eine nicht zu große Menge brennende Eisenwolle hinzugefügt. Die Verbrennung erreicht Temperaturen der Thermit-Mischung und brennt ein Loch in den Tiegel.
ENTSORGUNG
Übrig gebliebene Reste an Flüssigstickstoff können in warmen Wasser vollständig sublimiert werden. Dabei entsteht wie bei Trockeneis viel Nebel. Abzug!
