Experiment 2 - Rauchzeichen Brennverhalten von Siliconen

Bei diesem Experiment werden ein Stück Siliconschlauch, Siliconöl, Kunststoffproben sowie ein Stück Gummischlauch und Paraffinöl verbrannt. Ihr Brennverhalten und ihr thermisches Verhalten wird verglichen.

Die Animation arbeitet die Unterschiede bei der Verbrennung von kohlenstoffbasierten Kunststoffen und Siliconen heraus.

Die Animation ist für Sekundarstufe 1 und Sekundarstufe 2 geeignet.

Zeitbedarf

20 Minuten

Lehrplanbezug Sek 1

  • Molekülstruktur von Polymeren auf Kohlenstoffbasis
  • Molekülstruktur von Siliconen
  • Verbrennungsreaktion
  • Nachweis von Wasser und Kohlenstoffdioxid

Lehrplanbezüge Sek 2

  • Hypothesenbildung und experimentelle Überprüfung
  • Messung der elektrischen Leitfähigkeit
  • Entzündungstemperatur und Flammtemperatur

Kontext

  • Brandschutzkabel
  • Isolatoren

Basiskonzepte

  • Struktur-Eigenschaft
  • Chemische Reaktion
Gesamtdauer: 07:37

Chemische Gleichungen

Diese Stoffe werden im Experiment verbrannt:

Polyethylen (PE)

Chemische Formel der Verbrennung von Polyethylen

Bei der Verbrennung von Polyethylen entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Polypropylen (PP)

Chemische Formel der Verbrennung von Propylen

Auch bei der Verbrennung von Polypropylen entsteht nur Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Polystyrol

Chemische Formel der Verbrennung von Polystyrol

Eindeutig ein kohlenstoffbasierter Kunststoff: Die Verbrennungsprodukte sind Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Paraffinöl

Chemische Formel der Verbrennung von Paraffinöl

Die Verbrennungsprodukte von Paraffinöl sind Wasser und Kohlenstoffdioxid.

Gummi

Chemische Formel der Verbrennung von Gummi

In Gummi ist Schwefel gebunden. Bei der Verbrennung entsteht Schefeldioxid als (giftiges) Verbrennungsprodukt.

Polydimethylsiloxan (Silicon)

Chemische Formel der Verbrennung von Silicon

Bei der Verbrennung von Polydimethylsiloxan entsteht Silixiumdioxid, Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Brennverhalten: Kunststoffe und Silicone

Entflammbarkeit

Die Versuche verdeutlichen die schwere Entflammbarkeit der Silicone im Vergleich zu anderen Kunststoffen. Während sich Paraffinöl bei hohen Temperaturen selbst entzündet, muss das Siliconöl auf deutlich höhere Temperaturen erhitzt werden, bis es sich von selbst entzündet.

Silicone haben also eine deutlich höhere Zündtemperatur (Temperatur, bei der sich ein Stoff ohne Kontakt zu einer Zündquelle selbst entzündet) als Kunststoffe auf Kohlenstoff-Basis. Während sich Polyethen und Polypropen schon ab ca. 350 °C entzünden, liegt die Zündtemperatur von Siliconkautschuk bei ca. 750 °C.

Flammpunkt

Für die Schwerentflammbarkeit von Stoffen ist der Flammpunkt entscheidend. Der Flammpunkt gibt die Temperatur an, ab der sich ein Stoff mithilfe einer Zündquelle entzünden lässt. Die Flammpunkte der Silicone sind deutlich höher als die Flammpunkte von Kunststoffen auf Kohlenstoff-Basis.

Die Flammfestigkeit der Silicone lässt sich auf die deutlich höhere Bindungsenergie der Si-O-Bindung (ΔHB = 444 kJ/mol) gegenüber der C-C-Bindung (ΔHB = 345 kJ/mol) zurückführen, die bei der Verbrennungsreaktion aufgebracht werden muss. Durch den Zusatz von Titandioxid, Aluminiumverbindungen und Spuren von Platinverbindungen kann eine sogenannte „selbstverlöschende“ Siliconqualität erzielt werden: Eine entzündete Flamme erlischt dann von alleine.

Inhaltsbezogene Kompetenzen

Die Schüler sollen:

  • die Produkte benennen, die beim Verbrennen von Kunststoffen auf Kohlenstoff-Basis bzw. von Siliconen entstehen.
  • von den Produkten der Verbrennungsreaktion auf die qualitative elementare Zusammensetzung der beiden Kunststoffarten schließen.
  • die schwere Entflammbarkeit als bedeutendstes Merkmal der Silicone nennen.
  • die Verwendung z.B. als Backformen mit den Materialeigenschaften der Silicone begründen.

Lehrplanbezüge für Ihr Bundesland

Hier finden Sie eine Aufstellung, welche Lehrplaninhalte Sie in Ihrem Bundesland mit den CHEM2DO®-Experimenten thematisieren können.

Animation ohne Experiment

Hier können Sie die Transkription des Sprechertextes "Brennverhalten" herunter laden.

Sprechertext Brennverhalten (CHEM2DO-Experiment Rauchzeichen) (PDF, 408 KB)

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Zu den Fortbildungsterminen

Anwendungsbeispiel

Brandschutzkabel mit Siliconummantelung

Kurzbeschreibung:

Hochtemperaturbeständige Silicone sind gut für Kabelummantelungen geeignet. Auch bei hohen Temperaturen im Fall eines Brands erhalten sie die elektrische Funktionsfähigkeit lange.

Der Film zeigt die Funktionsweise und Einsatzgebiete von Brandschutzkabeln.