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Schwarzpulver

Schwarzpulver

Schwarzpulver (auch Schießpulver genannt; engl. gun powder) war der erste Explosivstoff, der als Treibladung für Schusswaffen verwendet wurde. Die Mischung verbrennt rasend schnell, überschreitet hierbei jedoch nicht die innerstoffliche Schallgeschwindigkeit, weswegen statt von einer Detonation von einer Deflagration gesprochen wird. Bei der Verbrennung entsteht eine Temperatur von ca. 2.270 Kelvin (ungefähr 2.000°C).

Chemie

Schwarzpulver besteht aus einer Mischung von 75% Kaliumnitrat, 15% Holzkohle, vornehmlich aus dem Holz des Faulbaums gewonnen, und 10% Schwefel, welcher absolut säurefrei sein muss. Pulver auf Natriumnitrat-Basis, das billiger, aber sehr hygroskopisch ist, wurden in Form von Preßlingen hergestellt und mit Bitumen gegen Feuchtigkeit imprägniert. Da sie in dieser Form als Geschützpulver wenig geeignet waren, wurden sie vornehmlich im Bergbau verwendet, die eigentliche Bezeichnung lautet Sprengsalpeter. Salpeter dient als Sauerstofflieferant, Kohlepulver als Brennstoff und Schwefel als Brennstoff und Sensibilisierer, damit es bei kleinster Berührung mit Funken zu brennen anfängt. Diese Bestandteile müssen fein zermahlen und gleichmäßig vermischt werden, wobei jeder Vorgang mehrere Stunden dauert und meistens in einer Pulvermühle geschieht. Danach wird das Gemisch in so genannte Kuchen feucht verpresst und getrocknet, die wiederum zerstoßen bzw. gekörnt werden. So erlangt man eine größere Oberfläche und Abbrandgeschwindigkeit. Zur Vergrößerung bzw. Vergleichmäßigung der Abbrandgeschwindigkeit wurde das Pulver teilweise in komplizierte Formen gebracht. Etwa sechseckige Stäbe mit mehreren Bohrungen, um die Oberfläche während des Abbrandes zu vergrößern.Pulvermühle Das fertige Pulver wird noch getrocknet und kann dann abgefüllt bzw. verpackt werden. Es kann verhältnismäßig lange (luftdicht) gelagert werden. Zur Erzielung von Flammenfärbungen in pyrotechnischen Mischungen kann das Kaliumnitrat durch Nitrate ersetzt werden, deren Kation eine entsprechende Flammenfärbung liefert. Chemische Reaktion (sehr vereinfacht):

16 C + 4 S + 10 KNO_3 \rightarrow 15 CO + K_2CO_3 + 4 K_2SO_3 + 5 N_2

Diese Reaktionsgleichung ist angenähert an Schwarzpulver mit 15% Holzkohle-, 10% Schwefel- und 75% Kalisalpeteranteil. Nicht berücksichtigt wurde dabei die Restfeuchtigkeit sowie der Sauerstoff-, Wasserstoff- und Ascheanteil in der Holzkohle. Schwarzpulver deflagriert mit 300 bis 600 m/s, dabei spielen die Restfeuchtigkeit, die Gründlichkeit der Mahlung und Vermischung der Bestandteile, die Größe und Dichte der Ladung sowie die Körnung eine große Rolle. Während bei Handwaffen feinkörniges Pulver verwendet wurde um überhaupt eine akzeptable Schußleistung zu erreichen, mußte bei großkalibrigen Geschützen entsprechend grobkörniges Pulver verwendet werden, um den Enddruck zu begrenzen und damit Rohrsprengungen zu vermeiden. Das Schwadenvolumen (bei Normalbedingungen) liegt um 337 l/kg, außerdem entstehen etwa 0,58 kg feste Kaliumsalze. Die Nachteile von Schwarzpulver sind die recht niedrige Leistung, durch die brennbaren Gase bedingtes starkes Mündungsfeuer und starke Rauchentwicklung durch die großen Mengen fester Kaliumsalze. Aus diesem Grund wurde es weitgehend durch rauchschwaches Schießpulver auf der Basis von Nitrozellulose verdrängt. Vorsicht! Schwarzpulver ist empfindlich gegenüber Schlag, Reibung und statischer Elektrizität (Funken!). Die Anzündtemperatur liegt sehr niedrig (ca. 170°C). Schwarzpulver ist massenexplosiv, das heißt, ab einer bestimmten Menge von ca. einem Kilogramm ist keine Verdämmung mehr erforderlich, um eine Explosion auszulösen. Die eigene Herstellung von Schwarzpulver ist nach deutschem Recht verboten. In der Schweiz ist das Herstellen von Schwarzpulver statthaft.[http://en.wikipedia.org/wiki/Gun_politics_in_Switzerland#Historical_Firearms]

Geschichte

Die Byzantiner kannten bereits im Jahre 671 eine Mischung aus Kolophonium, Schwefel und Salpeter, Griechisches Feuer genannt, erfunden von Kallinikos aus Heliopolis. Dieser selbst auf Wasser brennbare Stoff spielte eine entscheidende Rolle bei der Verteidigung von Konstantinopel. In den folgenden Jahrhunderten wurde das „griechische Feuer“ vor allem in Seegefechten gegen die Flotten der vordringenden Muslime eingesetzt.
Im Kaiserreich China werden Salpeterhaltige Brandsätze im Wu Ching Tsung Yao von 1044 erwähnt. Das Buch ist aber nur in seiner frühesten Kopie von 1550 überliefert, daher ist nicht mehr erkennbar ob die Vermerke zu den Brandsätzen nicht später hinzugefügt wurden. Echtes Schiesspulver scheint es nur während der Mongolischen Zeit (1260-1368) in China gegeben zu haben. Wie es seinen Weg nach Europa fand, ist nicht genau geklärt. Es könnte durch arabische Händler nach Europa gelangt sein, wahrscheinlich wurde es hier aber auch ein zweites Mal erfunden. In seinem Buch über berittenen Kampf und den Einsatz von Kriegsmaschinen (Al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya) aus dem 13. Jahrhundert beschreibt der syrische Autor Hassan ar-Rammah die Herstellung von Schwarzpulver, insbesondere die erforderliche Reinigung des Salpeters. Das Liber Ignium (Buch des Feuers) von Marcus Graecus, ebenfalls aus dem 13. Jahrhundert, enthält gleich mehrere Rezeptvarianten.
Im Mittelalter nannte man das Schwarzpulver auch „Donnerkraut“. Der heutige Name Schwarzpulver geht keineswegs auf den Franziskanermönch Berthold Schwarz aus Freiburg zurück, der im 14. Jahrhundert einer Legende zufolge ein besseres Mischverhältnis von Schwefel, Holzkohle und Salpeter gefunden hat (diese Mischung unterscheidet sich von der chinesischen hinsichtlich des Salpetergehalts) sondern auf dessen Aussehen, gegen Ende des 19. Jhd. brauchte man eine Unterscheidung des Schwarzpulver von den neuen (weissen) Cellulosenitratpulvern. Schon im Jahre 1267 beschrieb Roger Bacon die Herstellung von Schwarzpulver in einem Brief an den Bischof von Paris, wobei er noch nicht das optimale Mischungsverhältnis fand. Marcus Graecus und Albertus Magnus verbesserten wenige Jahre später das Mischungsverhältnis auf die oben genannten Werte. Das Schwarzpulver blieb bis zur Erfindung der modernen Sprengstoffe der einzige militärische und zivile Explosivstoff und einziges Treibmittel für Artillerie- und Handfeuerwaffen. Im 19. Jahrhundert wurde seine Handhabung als Treibmittel durch die Entwicklung der Patrone vereinfacht. Seit dem 19. Jahrhundert verdrängten brisante Sprengstoffe wie das Nitroglyzerin, das darauf basierende Dynamit, die Nitrozellulose (Schießbaumwolle) und Nitroaromaten und Nitramine etc. das Schwarzpulver weitgehend als Explosivstoff und Treibmittel. Heute wird Schwarzpulver vor allem für Feuerwerke verwendet. Es dient dabei als Antriebsmittel für einfache Raketen, als Ladung von Böllern und als Ausstoß- und Zerlegerladung für größere Effektträger wie z.B. Bombetten. Im Schießsport wird Schwarzpulver nur noch als Reminiszenz an die Geschichte des Schützenwesens verwendet, wo es in verschiedenen Disziplinen des Vorderlader- und Westernschießens oder zum Salutschießen zum Einsatz kommt.

Rechtliche Hinweise zum Erwerb (Schweiz, Österreich, Deutschland)

In der Schweiz und Österreich ist jede Privatperson zum Erwerb von Schwarzpulver berechtigt. Der Verkauf an Kinder ist beschränkt oder verboten. Feuerwerk In Deutschland sind Privatpersonen zum Erwerb von Schwarzpulver berechtigt, sofern sie nach einem entsprechenden Lehrgang eine Prüfung gemäß §32 der Ersten Verordnung zum Sprengstoffgesetz abgelegt haben. Landläufig werden solche Lehrgänge auch Böllerlehrgang oder Vorderladerlehrgang genannt. Zu diesen Lehrgängen werden nur Personen zugelassen, die gemäß §34 der Ersten Verordnung zum Sprengstoffgesetz eine sogenannte Unbedenklichkeitsbescheinigung vorlegen, die, abhängig von den jeweiligen behördlichen Zuständigkeiten, z.B. vom Landratsamt oder vom Gewerbeaufsichtamt ausgestellt wird. Im privaten Bereich wird nach erfolgreichem Lehrgang (nachgewiesen durch ein amtliches Zeugnis) und bei Vorliegen eines berechtigten Bedürfnisses (Brauchtum bei Böllerschützen und Ausüben des entsprechenden Schießsportes bei Vorderlader-Schützen) eine Umgangserlaubnis nach § 27 SprengG zum Umgang mit Böllerpulver / Schwarzpulver im privaten Bereich, die sogenannte "27-iger" ausgestellt, die ebenfalls vom Landratsamt oder Gewerbeaufsichtsamt erteilt wird.

Literatur

- Manuel Baetz: Schwarzpulver für Survival - Band 1 - Improvisation von Schwarzpulver und ähnlichen Mischungen. SurvivalPress, 2004 ISBN 3898114198
- Richard Escales: Schwarzpulver und Sprengsalpeter. SurvivalPress, 1914 Reprint 2003, ISBN 3833011246
- Thomas Fatscher/Helmut Leiser: Ausarbeitung zum neuen Waffenrecht. Krüger Druck+Verlag, Dillingen/Saar 2003 ISBN 3000120009 ja:火薬 Kategorie:Sprengstoff Kategorie:Pyrotechnik Kategorie:Pulver Kategorie:Stoffgemisch

Explosivstoff

Als Explosivstoffe bezeichnet man feste oder flüssige Stoffe oder Stoffgemische, die sich dadurch auszeichnen, das sie durch chemische Reaktion Wärmeenergie und Gase entwickeln können, wodurch Arbeit verrichtet beziehungsweise Zerstörungen entstehen können. Explosivstoffe werden eingeteilt in:
- Initialsprengstoffe
- Sprengstoffe
- Treibmittel (Schwarzpulver und rauchlose Schießpulver)
- Zündmittel
- Pyrotechnika Explosivstoffe bestehen meist aus chemischen Verbindungen oder Stoffgemischen, die verfügbaren Sauerstoff enthalten, welcher die verbrennbaren Bestandteile des Moleküls oder die brennbaren Komponenten des Gemisches oxidiert. Der verfügbare Sauerstoff ist meist an Stickstoff in Nitro- und Nitratgruppen oder an Chlor in Chloraten und Perchloraten gebunden, die verbrennbaren Bestandteile sind fast immer Kohlenstoff und Wasserstoff, in Gemischen auch Schwefel, Aluminium oder Zink. Ausnahmen bilden beispielweise Azide, Fulminate und Tetrazen. Bei deren Zerfall in die Elemente werden genügend Energie und Gase für die Explosion frei. Die Wahrscheinlichkeit für die Reaktion eines explosionsfähigen Stoffes hängt von seiner Empfindlichkeit gegen mechanische oder thermische Einwirkung ab. Sehr empfindliche Explosivstoffe wie die Initialsprengstoffe können nur in kleinen Mengen auf einmal hergestellt und verarbeitet werden. Gewerbliche Sprengstoffe auf Basis von Sprengölen und Ammoniumnitrat gehören in die Gruppe der weniger empfindlichen Explosivstoffe. Unempfindliche Explosivstoffe wie die ANC- und Wettersprengstoffe oder gegossenes TNT benötigen neben der Sprengkapsel noch eine Verstärkerladung (booster). Parameter zur Charakterisierung von Explosivstoffe sind: Sauerstoffbilanz: Als Sauerstoffbilanz wird die Sauerstoffmenge in Gewichtsprozent bezeichnet, die bei vollständiger Umsetzung des Explosivstoffe frei wird (positive Sauerstoffbilanz) bzw. zur vollständigen Umsetzung zusätzlich benötigt wird (negative Sauerstoffbilanz). Normalgasvolumen: Das Normalgasvolumen (Schwadenvolumen) ist das Gesamtvolumen der bei der vollständigen Umsetzung des Explosivstoffs entstehenden Gase, bezogen auf Normalbedingungen. Explosionswärme: Die Explosionswärme ist die bei der Explosion freigesetzte Wärmeenergie. Aus Explosionswärme und Normalgasvolumen ergibt sich die Arbeitskraft eines Explosivstoffs. Die Dichte wird nach üblichen Methoden bestimmt. Für Explosivstoffe ist der Begriff der Ladedichte gebräuchlich, definiert als Verhältnis des Gewichts des Explosivstoffs zum Volumen des Explosionsraumes. Bei Explosivstoffen gleicher Zusammensetzung kann die Dichte variiert werden. Hierbei führt eine geringe Dichte wegen größerer innerer Oberfläche und Porosität zu erhöhter Detonationsfähigkeit, eine Erhöhung der Dichte bei Verringerung der Detonationsfähigkeit zu erhöhter Brisanz und Sprengkraft. Die Explosionsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit in m/Sek., mit welcher die Explosion in einem Explosivstoffe fortschreitet. Sie kann von wenigen m/Sek. (Deflagration) bis zu 10000 m/Sek. (Detonation) reichen. Ihre Bestimmung erfolgt auch heute noch teilweise nach der Dautriche-Methode. Dabei wird der in einem Metallrohr verdämmte Explosivstoff gezündet und löst an zwei Messpunkten Sprengkapseln aus. Diese lösen beidseitig die Detonation einer Sprengschnur aus, deren Mitte auf einer Bleiplatte markiert ist. Die zusammentreffenden Detonationswellen hinterlassen eine Einkerbung auf der Bleiplatte. Aus der bekannten Detonationsgeschwindigkeit der Sprengschnur, dem Abstand der Messpunkte und dem Abstand der Einkerbung von der Markierung der Bleiplatte kann die Explosionsgeschwindigkeit errechnet werden. Für genauere Messungen gibt es elektrische und optische Meßmethoden. Die Bestimmung der Sprengkraft beruht auf Vergleichsmethoden. Eine Möglichkeit besteht in der Bestimmung einer Bleiblockausbauchung nach Trauzl. Dabei werden in einem Bleizylinder von 200-mm-Durchmesser und 200-mm-Höhe am Boden einer Bohrung von 125-mm-Tiefe und 25-mm-Durchmesser 10 g des in Stanniol gewickelten Sprengstoffes mit einer Sprengkapsel von 2 g Füllung gezündet. Danach wird die mit Quarzsand verdämmte Bohrung wieder gesäubert, der aufgebauchte Hohlraum dient dann zur Beurteilung der Leistung. Eine andere Möglichkeit bietet der seitlich ausschwingende ballistische Mörser, wobei der erzielte Pendelausschlag als Maß für die Leistungsfähigkeit des Explosivstoffe dient. Die Brisanz oder Stoßdruck eines Explosivstoffe als Produkt aus Dichte, spezifischem Explosionsdruck und Detonationsgeschwindigkeit wird mit dem Kastschen Apparat bestimmt, in dem ein Kupferzylinder gestaucht wird. Schlagempfindlichkeit, Reibeempfindlichkeit und Stahlhülsentest sind Kriterien für die Empfindlichkeit eines Explosivstoffs gegen mechanische und thermische Beanspruchung. Beispiele für die Berechnung der Sauerstoffbilanz und des Normalgasvolumens: Tetranitromethan:

CN_4O_8 \rightarrow  CO_2 +  2 N_2 + 3 O_2

Bei der Detonation werden außer einem Mol Kohlendioxid und zwei Mol Stickstoff drei Mol Sauerstoff frei. Die Masse des Sauerstoffs (3
- 2
- 15,9994) geteilt durch die Gesamtmolmasse (196,03) ergibt eine positive Sauerstoffbilanz von 49,0%. Das Gasvolumen beträgt 6 Mol pro Mol oder 30,6 Mol/kg. Multipliziert mit der Normalgaskonstanten von 22,414 l/Mol ergibt sich ein Gesamtvolumen von 686 l/kg. Ethylenglykoldinitrat:

C_2H_4N_2O_6 \rightarrow 2 CO_2 + 2 H_2O + N_2

Bei der Detonation werden zwei Mol Kohlendioxid, zwei Mol Wasserdampf und ein Mol Stickstoff frei. Da weder Sauerstoff zur vollständigen Oxidation benötigt noch frei wird, ist die Sauerstoffbilanz ausgeglichen und beträgt ±0%. Das Gasvolumen beträgt 5 Mol pro Mol oder 32,88 Mol/kg. Multipliziert mit der Normalgaskonstanten von 22,414 l/Mol ergibt sich ein Gesamtvolumen von 737 l/kg. Im Gegensatz dazu verläuft bei einer Deflagration die Umsetzung unvollständig:

3 C_2H_4N_2O_6 \rightarrow CO_2 + 5 CO + 5 H_2O + H_2 + 6 NO

Statt der 1020 kJ/Mol bei einer Detonation werden nur 293 kJ/Mol frei. Trinitrotoluol:

C_7H_5N_3O_6 \rightarrow 3,5 C + 3,5 CO + 2,5 H_2O + 1,5 N_2

Bei der Detonation werden 1,5 Mol Stickstoff frei. Aufgrund der höheren Affinität wird der Wasserstoff komplett zu Wasserdampf oxydiert. Der restliche Sauerstoff reicht nur um 3,5 Mol Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid zu oxydieren. Es verbleiben 3,5 Mol Kohlenstoff die als Feststoff nicht in die Gasvolumenberechnung eingehen. Die Masse des zur vollständigen Oxidation benötigten Sauerstoffs (5,25
- 2
- 15,9994) geteilt durch die Gesamtmolmasse (227,13) ergibt eine negative Sauerstoffbilanz von 74,0%. Das Gasvolumen beträgt 7,5 Mol pro Mol oder 33,02 Mol/kg. Multipliziert mit der Normalgaskonstanten von 22,414 l/Mol ergibt sich ein Gesamtvolumen von 740 l/kg. Verwendung: Für gewerbliche und militärische Zwecke als Sprengstoffe (z.B. im Kohlebergbau als Wettersprengstoffe, beim Bau von Straßen, Tunneln, Stauseen etc. als Gesteinssprengstoffe), für geologische Zwecke als seismische Sprengstoffe, als Initialsprengstoffe und Zündmittel zur Auslösung der Detonation weniger empfindlicher Explosivstoffe, als Treib- u. Schießstoffe zum Antrieb von Geschossen, auch als Raketentreibstoffe, ferner zur Herstellung pyrotechnischer Artikel wie Feuerwerkskörper und ähnlichem. Der Umgang und die Verwendung von Explosivstoffen ist durch eine Reihe gesetzlicher Vorschriften und Verordnungen geregelt (Sprengstoffgesetz). Geschichtliches: Die erste verbürgte Darstellung vom Gebrauch von Explosivstoffen stammt aus China im Jahre 1232. Um die Mitte des 13. Jh. wird von Roger Bacon und Magnus Albertus über Schwarzpulverähnliche Mischungen berichtet. Die Wiedererfindung des Schwarzpulvers wird dem legendären Mönch Berthold Schwarz zugeschrieben, es wurde in der 2. Hälfte des 13. Jh. erstmalig zum Verschießen noch pfeilförmiger Geschosse aus geschlossenen Rohren verwendet. Die Geschichte der Explosivstoffe in der Folgezeit ist eng verbunden mit der Entwicklung von Schießrohren und Kanonen ab dem 14. Jh. Bis weit in das 19. Jh. hinein blieb das Schwarzpulver das einzige Treibmittel für Schußwaffen. Die Verwendung von Schwarzpulver für gewerbliche Zwecke begann um 1620 mit Sprengungen in Steinbrüchen und Erzbergwerken. Das Zeitalter des technischen Fortschritts auf dem Gebiet der Explosivstoffe begann mit der Entdeckung der Nitrozellulose sowie des Nitroglycerins Mitte des 19. Jh. Ihre sichere Handhabung lernte man erst ab ca. 1885. Wichtige Erfindungen auf diesem Gebiet stammen von Alfred Nobel. In der Folgezeit wurden weitere Explosivstoffe auf Nitroaromatenbasis entwickelt. Nach dem 2. Weltkrieg wurden in den USA die besonders sicheren und preiswerten ANFO-Sprengstoffe sowie die wasserhaltigen Sprengschlämme erfunden. Neueste Entwicklung auf diesem Gebiet sind Emulsionen von konzentrierter wässrigen Ammoniumnitrat-Lösung in Mineralöl. Kategorie:Chemie

Treibladung

Treibladungen bestehen aus chemischen Substanzen (Energieträgern) in fester, flüssiger oder gasförmiger Form, die bei ihrer Aktivierung ein großes Volumen anstreben und so in der Lage sind, ein Objekt zu bewegen oder zu verformen.

Waffentechnik

Treibladungen dienen in der Waffentechnik dazu, ein Geschoss durch die Erzeugung von Gasdruck durch den Lauf einer Waffe zu treiben. Nach der Zündung brennt die Treibladung ab und erzeugt so den erforderlichen hohen Druck durch die entstandenen Verbrennungsgase. Die Treibladungsmittel werden über verschiedene Parameter in ihrer Abbrandgeschwindigkeit beeinflusst, um sie für ihren jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Diese Parameter können unter anderem sein:
- Oberflächenbeschaffenheit
- Korngrösse
- Chemische Zusätze

Nitrozellulosepulver

Bei modernen Waffen werden rauchschwache Nitrozellulosepulver (NC) als Treibladung verwendet. Man unterscheidet:
- Einbasige Pulver (nur NC)
- Zweibasige Pulver (NC und Beimengungen - meist Nitroglycerin)
- Mehrbasige Pulver (mehrere Beimengungen)

Schwarzpulver

Die Treibladung bei einem Steinschloss oder Vorderlader besteht aus Schwarzpulver oder Schwarzpulverersatzstoffe, wie z.B. Pyrodex. Anhand der Korngröße des Schwarzpulver ergibt sich der Verwendungszweck, für Lang- oder Kurzwaffe.

Weitere Anwendungsbereiche

Des Weiteren findet man Treibladungen in vielen anderen Bereichen der Technik. Der Airbag eines Autos besitzt beispielsweise eine Treibladung in Form eines Gasgenerators, welcher das nötige Volumen erzeugt, um den Airbag herauszuschleudern, zu entfalten und den Innendruck zu erzeugen. Auch im Inneren eines Feuerlöschers findet sich eine Treibladung, die dazu gedacht ist, bei Bedarf das Löschmittel herauszuschleudern. Kategorie:Waffe

Deflagration

Eine Deflagration (von lat. deflagrare, etwa „abbrennen“; auch Verpuffung) ist ein schneller Verbrennungsvorgang, bei dem der Explosionsdruck nur durch die entstehenden und sich ausdehnenden Gase hervorgerufen wird. Die Fortpflanzung geschieht durch die bei der Reaktion freiwerdenden Wärme, anders gesagt erfolgt die Zündung des unverbrannten Gemisches durch Aufheizung des Gemisches in der Flammenfront. Die Verbrennung verläuft mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit im verbrennenden Medium. Bei höheren Geschwindigkeiten spricht man von einer Detonation, wobei sich der Verbrennungsmechanismus von der Aufheizung des unverbrannten Gemisches zur stoßwelleninduzierten Verbrennung wandelt. Bei einer Deflagration liegt der Verbrennungsdruck (in Luft unter atmosphärischen Ausgangsbedingungen) zumeist in der Größenordnung von 10 bar, kann jedoch abhängig vom Brennstoff höher sein (etwa bei nuklearen Reaktionen; siehe auch Supernova). Von einer Verpuffung wird gesprochen, wenn es durch die Verbrennungsreaktion zwar zu einer Volumenerweiterung, nicht aber zu einem relevanten Druckaufbau kommt. Eine frühere Definition (Druck unter 1 bar) ist nicht mehr gebräuchlich. Im deutschen Sprachraum wird als Deflagration auch die selbsttätig fortlaufende Zersetzung eines Feststoffes bezeichnet, die mit einer Wärme- oder Gasfreisetzung einher gehen kann. Unter einer Deflagration versteht man auch eine Zersetzungsreaktion unter Abwesenheit von Sauerstoff. Kategorie:Pyrotechnik Kategorie:Feuerwehreinsatzart

Kaliumnitrat

Kaliumnitrat, im allgemeinen Sprachgebrauch besser bekannt als Salpeter, im speziellen als Kalisalpeter, ist das Kalium salz der Salpetersäure.

Eigenschaften

Kaliumnitrat bildet farblose Kristalle, die sich in Wasser unter Abkühlung lösen. Es ist in warmem Wasser viel leichter löslich als in kaltem Wasser (130 g/L bei 0°C ; 2455 g/L bei 100°C). Kaliumnitrat zersetzt sich beim Erhitzen zu Kaliumnitrit und Sauerstoff: :

\mathrm

Es ist bei erhöhten Temperaturen ein hervorragendes Oxidationsmittel. Verkohlte Rückstände in Glasgeräten lösen sich in geschmolzenem Kaliumnitrat rasch auf.

Gewinnung

- Natürliche Vorkommen
Kaliumnitrat (min. "Nitrokalit") kommt als Ausblühung auf Böden vor. Von wirtschaftlicher Bedeutung waren die Vorkommen in China und Südostasien, wo in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts durch Auslaugen solcher Böden mehr als 10000 t Salpeter jährlich gewonnen wurden.
- Bakterielle Nitrifikation stickstoffreicher organischer Abfälle
Vom 17. bis 19. Jahrhundert wurde in Europa die zuerst in China praktizierte bakterielle Erzeugung von Salpeter betrieben, um vom Import dieses für Kriegszwecke unentbehrlichen Rohstoffes unabhängig zu sein. (siehe "Geschichte"). Man vermengt stickstoffreiche organische Abfälle (Dung und Harn) mit Kalk und Holzasche (Pottasche) und lässt diese in lockeren, luftdurchlässigen Erdhaufen verwesen. Dabei werden die Stickstoffverbindungen durch Bakterien zu Nitraten umgesetzt. Nach zwei Jahren wird die Masse mit Wasser ausgelaugt. Der Rohlauge wird Pottasche zugesetzt und dadurch Calcium-und Magnesium nitrat zu Kaliumnitrat und schwerlöslichen Erdalkali karbonat umgesetzt. Durch Eindampfen der filtrierten Lauge gewinnt man den Kalisalpeter, der durch Umkristallisation gereinigt wird.
- Konversionssalpeter
Von Mitte des 19. Jahrhunderts bis etwa 1950 war die Konversion von Chilesalpeter mit Kaliumchlorid das wichtigste Verfahren zu Herstellung von Kaliumnitrat: NaNO₃ + KCl --> KNO₃ + NaCl
Dabei wird die geringe Zunahme der Löslichkeit von Natriumchlorid mit der Temperatur ausgenutzt: die Mutterlauge der KNO₃-Kristallisation im vorausgegangenen Zyklus wird erwärmt und mit rohem Natriumnitrat und Kaliumchlorid in stoichiometrischem Verhältnis versetzt. Das Gemisch wird unter Zusatz von etwas Soda bei 100°C eingeengt, wobei Natriumchlorid und Verunreinigungen (Erdalkali carbonate) ausfallen und abfiltriert werden. Das Filtrat wird mit dem Kondensat der Eindampfung wieder verdünnt, um beim Abkühlen ein Ausfällen von Natriumsalzen zu vermeiden, klarfiltriert und dann bis auf 5°C zur Kristallisation des Kaliumnitrats abgekühlt und zentrifugiert. Das abgeschiedene Kaliumnitrat wird für technische Zwecke umkristallisiert.
- Synthetisch aus Salpetersäure
Heute wird das Kaliumnitrat synthetisch hergestellt (siehe Darstellung).

Darstellung (Herstellung)

Es gibt viele Möglichkeiten Kaliumnitrat darzustellen:
- durch fast alle Salzbildungsreaktionen :

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- aus Kaliumcarbonat:

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Verwendung

- Kaliumnitrat wird zur Haltbarmachung von Lebensmitteln verwendet (Pökelsalz E 252)
- Zur Herstellung von Schwarzpulver und anderen pyrotechnischen Mischungen
- Ein Gemisch aus 24% Bor + 71% KNO₃ + 5% Binder (PMMA) dient als zuverlässige Anzündmischung, die auch bei sehr tiefen Temperaturen (-196°C) brennt.
- Eine Mischung aus 60% NaNO₃+40% KNO₃ schmilzt bei 222°C und wird als Wärmeträgermedium in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Diese Salzschmelze ist chemisch stabil bis 590 °C, hat eine hohe spezifische Wärmekapazität von 1,55 kJ/(kg K), eine Dichte von 1,79 g/cm³ und ist dünnflüssig wie Wasser (Viskosität: 2,1
- 10^-3 Pa s). Sie benetzt Metallflächen sehr leicht, was bei ungeeigneter Konstruktion und Materialauswahl zu Dichtungsproblemen führen kann. Edelstähle sind weitgehend beständig gegen Salpeterschmelzen (Abtragungsrate: 6 - 15 µm / Jahr bei 570 °C). Der Wärmeübergangskoeffizient am turbulent durchströmten Rohr beträgt etwa 6000 W/K m². Die Salpeterschmelze eignet sich aufgrund ihrer hohen Wärmekapazität (2,8 MJ/(K m³)) zudem als Wärmespeichermedium. Durch Zusatz von Natriumnitrit kann die Schmelztemperatur weiter erniedrigt werden. Ein als HiTec bezeichnetes Salzgemisch aus 53% KNO₃ + 40% NaNO₂ + 7% NaNO₃ schmilzt bereits bei 140°C und hat besonders günstige Eigenschaften als Wärmeträgermedium, wenn die Giftigkeit von Natriumnitrit ohne Belang ist.
- Salpeterbäder werden zur Wärmebehandlung von Aluminiumknetlegierungen mit Magnesiumgehalten bis 10% verwendet. Die höchstzulässige Temperatur der Salzschmelze ist vom Magnesiumgehalt abhängig; sie sinkt von 550 °C bei 0,5% Mg auf 380°C bei 10% Mg.
- in Rauchgranaten
- in Dünger

Geschichte

Bereits im 13. Jahrhundert wird Salpeter schriftlich als neuer Stoff erwähnt. Das vom Ende des 13. Jahrhundert stammende Buch über den berittenen Kampf und den Einsatz von Kriegsmaschinen von Hassan ar-Rammah (Al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya) enthält bereits mehrere Vorschriften zur Reinigung des Salpeters sowie zur Anfertigung von Brandsätzen und Treibstoff für Raketen. Salpeter wurde anfangs importiert; Venedig zog aus dem Zwischenhandel hohe Gewinne. Mit steigender Nachfrage und aus Gründen der Unabhängigkeit förderten vom 15. Jahrhundert an die Regierungen die eigene Gewinnung von Salpeter. In Thüringen gab es im 16. Jahrhundert neun Salpetersiedereien. Die Moldauufer bei Prag waren mit „Sanitärbänken“ bedeckt, und die Stadt Halle erteilte eine Konzession zur Salpetergewinnung an den Müllhalden. Die steigende Nachfrage nach Salpeter wurde teilweise durch weitere Importe, vor allem aus Indien, und durch eigene Anlagen gedeckt. Ab dem 17. Jahrhundert fand ein systematischer Anbau von Salpetergärten statt. Tierische Abfälle (Dung, Kot, Urin, Blut, Kadaver) und auch Menschenleichen wurden mit kalkhaltigen Erden, Erde der Friedhöfe, Schlachthöfe, Moore und mit Kalk, Schutt, Asche in Gruben gefüllt oder zu Haufen geschichtet und ab und zu mit Jauche oder Urin begossen. Durch die Zersetzung bildete sich nach ein bis zwei Jahren so viel Salpeter, dass er aus der Erde ausgewaschen werden konnte. Die Ausbeute betrug etwa 6:1, also aus 6 kg Salpetererde gewann man 1 kg Salpeter. Die Landesherrn hatten großes Interesse an der Salpetergewinnung. In Schweden mussten die Bauern ihre Abgaben sogar teilweise in Salpeter entrichten. Im 19. Jahrhundert kam es dann sogar zum Salpeterkrieg. Dies änderte sich jedoch Mitte des 19. Jahrhundert dadurch, dass Kaliumnitrat industriell synthetisiert wurde.

Literatur

- Perry,R.H., Chemical Engineers´ Handbook, 4th ed., McGraw-Hill Book Company, New York, 1963, pp. 9-77
- Janz,G.H., et al., Physical Properties Data Compilations Relevant to Energy Storage II. Molten Salts, NSRDS, April, 1979

Weblinks

- http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Chemie/ch_kno3.htm Kategorie: Nitrat Kategorie: Chemische Verbindung ja:硝酸カリウム

Holzkohle

Meyers Konversationslexikon 1888/9:

Kohle ist das Produkt der Erhitzung pflanzlicher und tierischer Stoffe bei Luftabschluss. Alle pflanzlichen und tierischen Stoffe bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, und viele enthalten auch Stickstoff. Erhitzt man sie bei Abschluss der Luft, so zersetzen sie sich unter Bildung flüchtiger Verbindungen, durch welche der größte Teil des Wasserstoffs, Sauerstoffs, eventuell auch des Stickstoffs in Form von Kohlenstoffverbindungen fortgeführt wird, und es bleibt, oft unter Erhaltung der Struktur, ein schwarzer Rest, die Kohle, welche überwiegend aus Kohlenstoff besteht und je nach der Temperatur, der sie ausgesetzt war, mehr oder weniger Wasser- und Sauerstoff, eventuell auch Stickstoff enthält. Ähnlichen Zersetzungen unterliegt die organische Substanz bei jenem Prozess, dessen erste Produkte Torf und Braunkohle und dessen Endglieder Steinkohle und Anthrazit (vielleicht auch Graphit) sind. Auch hier wird ein kohlenstoffreiches, wasser- und sauerstoffarmes Produkt, die fossile Kohle, gebildet; aber der Prozess schreitet nicht so weit fort, dass nicht durch Erhitzung noch flüchtige wasserstoffhaltige Verbindungen ausgetrieben werden könnten. Der kohlenstoffreichere Rückstand solcher Operation sind die Koks (s. d.). Die bei jedem Verkohlungsprozess sich entwickelnden flüchtigen Zersetzungsprodukte, welche hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, sind zum Teil wieder bei höherer als ihrer Entstehungstemperatur zersetzbar, wobei sie einen Teil ihres Kohlenstoffs abscheiden. Eine derartige Abscheidung ist die Gaskohle (Retortengraphit), welche sich an den heißesten Stellen der Retorten, in denen das Leuchtgas dargestellt wird, ablagert, sowie auch der Ruß, welcher sich bei unvollständiger Verbrennung der die Flamme bildenden Gase ausscheidet. Werden Körper verkohlt, welche bei der Verkohlungstemperatur schmelzen (Zucker, Stärkemehl, Leim), so entsteht eine glänzende, blasige, sehr leicht zerreibliche Masse (Glanzkohle), während die K. nicht schmelzender Substanzen oft noch deren Struktur zeigt, wie die Holzkohle. Die aus Gasen abgeschiedene Kohle (Gaskohle) und die durch Verkohlung reiner chemischer Verbindungen (beispielsweise Zucker) erhaltene Kohle enthalten nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, während stickstoffhaltige Substanzen eine stickstoffhaltige Kohle und gewöhnliche Pflanzen- und Tierstoffe eine Kohle liefern, welche auch mehr oder weniger mineralische Stoffe enthält. Diese bleiben als Asche zurück, wenn man die Kohle bei Luftzutritt erhitzt, bis der Kohlenstoff vollständig verbrannt ist. Sehr aschen- und stickstoffreich ist die Knochenkohle (f. d.), welche bei der Verbrennung ihres Kohlenstoffgehalts an der Luft ihre Struktur unverändert behält. Holzkohle wird durch Erhitzen von Holz bei Luftabschluss dargestellt. Die älteste Methode der Holzkohlengewinnung (Kohlenbrennerei) ist der aus dem Altertum stammende Meilerbetrieb (Köhlerei), bei welchem das Holz in annähernd halbkugel- oder kegelförmigen Haufen (Meilern) in großen Scheiten regelmäßig (und zwar stehend oder liegend) um drei in der Mitte errichtete Pfähle (Quandel) aufgesetzt und mit einer Decke von Rasen, Erde und Kohlenklein bedeckt wird. Unter dieser Decke leitet man die Verbrennung bei sorgsam geregeltem Luftzutritt in der Weise, dass womöglich nicht mehr Holz verbrennt, als durchaus erforderlich ist, um die gesamte Holzmasse auf die Verkohlungstemperatur zu erhitzen. Im wesentlichen sollen nur die aus dem erhitzten Holze sich entwickelnden Gase oder Dämpfe verbrennen. Ist die Verkohlung vollendet, was man an der Farbe des entweichenden Rauchs erkennt, so lässt man den Meiler abkühlen und nimmt ihn auseinander (Kohlenziehen, Kohlenlangen). In Haufen oder liegenden Werken verkohlt man das Holz besonders in Süddeutschland, Rußland und Schweden. Auch hierbei wird das Holz in Haufen geschichtet, aber die Verkohlung erfolgt nur allmählich von einem Ende des länglichen Haufens zum andern, und die verkohlten Stücke werden sogleich gezogen. Ganz ähnlich wie in Meilern oder Haufen verläuft die Verkohlung in runden oder eckigen gemauerten Meileröfen, welche eine leichtere, vollständigere Gewinnung der Nebenprodukte (Teer, Holzessig, die beim Meilerbetrieb in der Regel verloren gehen) gestatten, aber eine geringere Ausbeute und weniger gute Kohle liesern. Bei diesen Öfen tritt, wie bei Meilern und Haufen, Luft zu dem zu verkohlenden Holz, und ein Teil desselben erzeugt durch seine Verbrennung die nötige Temperatur. Man hat aber den Verkohlungsprozess viel mehr in der Gewalt und kann ihn besser leiten, wenn man das Holz in Gefäßen, die von außen geheizt werden, also ohne Luftzutritt, verkohlt. Dies geschieht in Retorten, Röhren oder Zylindern zuweilen mit erhitzter Luft, mit Gichtgasen der Hochöfen, mit überhitzten Wasserdämpfen oder mit Anwendung von Gebläseluft. Eine solche sorgfältige Verkohlung ist besonders zur Gewinnung von Kohle für die Schießpulverfabrikation erforderlich. In Spandau benutzt man große eiserne Zylinder, welche außerhalb des Ofens gefüllt, mit einem Deckel verschlossen und in den Ofen geschoben werden. Ein großer beweglicher Deckel schließt den Raum, in welchem der Zylinder sich befindet. Die aus dem Holze sich entwickelnden Gase leitet man in die Feuerung. Die Temperatur wird mittels eines Pyrometers bestimmt. Rotkohle für Jagdpulver wird mit überhitztem Wasserdampf dargestellt. Als Nebenprodukt erhält man Holzkohle bei der Darstellung von Leuchtgas aus Holz, bei der Darstellung von Holzessig und bei der Teerschwelerei. Holz gibt beim Erhitzen bis 150° nur hygroskopisches Wasser ab; dann entwickeln sich saure Dämpfe, von 300° ab immer dichter werdender gelber oder gelbbrauner Dampf und Gase. Beim Abkühlen der entweichenden Produkte erhält man Teer und Holzessig (welcher auch Methylalkohol enthält). Die Ausbeute an Kohle ist um so geringer, je höher die Temperatur gesteigert wurde, und zugleich wird die Kohle beständig reicher an Kohlenstoff und Asche und entsprechend ärmer an Wasserstoff und Sauerstoff. Die fortschreitende Zersetzung zeigt folgende Tabelle: Tem- Gewicht des Rück- Zusammensetzung des Rückstandes in 100 Teilen peratur. standes Kohlen-stoff Wasser-f^ Sauerstoff u. Stickstoff Asche 150° ...... 47,5 6,^ 46,3 0,08 200 77,1 51,8 4.o 44,0 0^ 250 49,7 65,6 4.8 29,0 0,6 300 33,6 7.^,2 4,2 21,9 0,6 350 29,7 76,6 4,1 18,4 0,6 432 18,9 81,6 2,0 15,2 1,2 1023 18,7 82,0 2,3 14.- 1,6 1500 17,3 94,6 0.7 3,8 1,7 Das zwischen 270 und 300° erhaltene Produkt ist braun-schwarz (Rotkohle, Röstkohle), hat bei einer um die Hälfte größern Ausbeute fast denselben Wirkungswert wie die über 340° erhaltene Schwarzkohle und wird deshalb zu metallurgischen Zwecken und wegen gewisser Eigenschaften zur Schießpulverfabrikation vielfach dargestellt. Mit dem Steigen der Verkohlungstemperatur wächst die Dichtigkeit und die Leitungsfähigkeit der Kohle für Wärme und Elektrizität; zugleich aber sinkt die Entzündlichkeit der Kohle und ihre Neigung, Feuchtigkeit anzuziehen. Vergleicht man das scheinbare Volumen (ohne Abzug der Zwischenräume) des Holzes mit dem der Kohle, so liefern Eichenholz 71,8-74,3, Rotbuchenholz 73, Birkenholz 68,5, Hainbuchenholz 57,3, Föhrenholz 63,6 Proz. K. Dem wirklichen Volumen nach beträgt die Kohlenausbeute im Durchschnitt 47,6 Prozent. Wird das Holz bei 150° getrocknet und bei 300° verkohlt, so erhält man Gewichtsprozente K.: aus Eichenholz 46, aus Fichtenholz 40,7.5, Rüster 34,7, Hain-buche 34,6, Birke 34,17, Faulbaum 33,6, Esche 33,3, Linde 31,85, Pappel 31,1, Roßkastanie 30,..... Harzfreies, nicht saftreiches Holz gibt glanzlose, höchst poröse Kohle; die aus harzigem, saftreichem Holz erhaltene K. enthält im Innern der Zellen die aus den Saftbestandteilen gebildete Glanzkohle. Stets ist Holzkohle leicht zerreiblich, aber nur infolge ihrer Struktur; die Kohlensubstanz ist hart und ein gutes Poliermittel für Metall. Bei gewöhnlicher Temperatur ist sie höchst beständig und liegt jahrhundertelang im Boden, ohne sich zu verändern; an der Luft absorbiert sie begierig Gase und Dämpfe (s. Absorption) und aus Flüssigkeiten gelöste Stoffe. Die Gewichtszunahme frischer Kohle beim Liegen an der Luft beträgt in 24 Stunden bei Eichen- und Birkenkohle 4 -5 Prozent, Fichten-, Buchen-, Erlenkohle 5-8 Prozent, Kiefern-, Weiden-, Pappelkohle 8-9 Prozent, Tannenkohle 16 Prozent. Im allgemeinen absorbiert bei niedriger Temperatur dargestellte Kohle am stärksten. Der von der K. absorbierte Sauerstoff wirkt kräftig oxydierend, er verwandelt beispielsweise Schwefelwasserstoff in Schwefelsäure und Wasser, Ammoniak in salpetersaures Ammoniak, Schwefelammonium in schwefelsaures Ammoniak; auch Fäulnisprodukte werden energisch zerstört, und mit Kohle umgebenes Fleisch zersetzt sich erst nach längerer Zeit und ohne Fäulniserscheinungen. Kohle wirkt geruchlos machend, indem sie riechende Stoffe absorbiert; übelriechendes, fauliges Wasser wird durch frisch ausgeglühte Holzkohle gereinigt, Weingeist vom Fuselöl befreit. Aber die Kohle wirkt nicht auf die im Wasser enthaltenen mikroskopischen Organismen (Bakterien etc.), und beim Filtrieren des Wassers durch Kohle gehen dieselben durch das Filter; das Wasser wird also geruchlos, aber nicht von den Krankheiten übertrugenden Organismen befreit. Kohle absorbiert auch Farbstoffe, insbesondere wirkt die stickstoffhaltige Kohle (Knochenkohle in erster Reihe) stark entfärbend. Neben den Farbstoffen werden auch Salze von der Kohle absorbiert, und darauf beruht zum großen Teil der Wert der Knochenkohle für die Zuckerfabrikation. Kohle entzieht dem Kalkwasser den Kalk, fällt Metalloxyde, besonders die der schweren Metalle, aus den wässerigen Lösungen ihrer Salze oder absorbiert letztere unverändert; Silber- und Kupfersalze werden durch Kohle reduziert. Bitterstoffe, Glykoside, Kohlehydrate, besonders Alkaloide, werden ebenfalls absorbiert. Bei längerem Liegen an der Luft verliert sie ihr Absorptionsvermögen, erlangt es aber wieder durch Ausglühen; auch können der Kohle die aus Flüssigkeiten aufgenommenen Substanzen wieder entzogen werden (Wiederbelebung), so dass sie namentlich nach darauf folgendem Ausglühen von neuem benutzbar ist. Man benutzt Holzkohle zur Erzeugung intensiver Hitze besonders überall da, wo Rauch- und Flammenbildung vermieden werden muss, beispielsweise im Schmiedefeuer, beim Glühendmachen von Plättstählen, bei chemischen Operationen, beim Erhitzen von Gegenständen im Zimmer etc. Da sie Metalloxyde reduziert, dient sie zur Gewinnung von Metallen aus den Erzen. Bei dem hohen Preis der Holzkohle sucht man diese aber soviel wie möglich durch Steinkohle oder Koks zu ersetzen, Holzkohle dient ferner zur Darstellung von Schießpulver und Stahl, zum Entfuseln des Branntweins, zum Klären und Entfärben von Flüssigkeiten, zum Filtrieren des Wassers, zum Konservieren fäulnisfähiger Substanzen, zum Desinfizieren, zum Reinigen von Kohlensäure (für Mineralwässer), Wasserstoff, ranzigen Fetten und dumpfigem Getreide, als Zahnpulver, als Poliermittel für Metalle, zur Füllung von Aspiratoren für die Benutzung in Räumen, in welchen schädliche Gase befindlich sind. Wasser in Fässern, die inwendig verkohlt sind, bleibt sehr lange frisch. Als Dünger macht Holzkohle den Boden locker und wirkt außerdem durch ihre Absorptionsfähigkeit für Ammoniak und Kohlensäure. Zierpflanzen mit faulenden Wurzeln können geheilt werden, wenn sie in mit Kohle gemischte Erde gebracht werden. Große Wunden an Saftgewächsen heilen leicht, wenn man sie mit Kohlenpulver bestreut, auch kann man solche Gewächse, Knollen und Samen für langen Transport gut in Kohle verpacken. Retortengraphit und nach besonderm Verfahren bereitetete Koks werden zu galvanischen Batterien und zu den Polspitzen beim. elektrischen Licht benutzt. Tierische Kohle dient namentlich zum Entfärben von Flüssigkeiten. Manche Kohlensorten dienen als schwarze Farbe (Frankfurter Schwarz, Beinschwarz, chinesische Tusche etc.), und Linden- und Weidenkohle werden zum Zeichnen benutzt. Siehe auch:
- Waldzustand um das Jahr 1800
- [http://susi.e-technik.uni-ulm.de:8080/Meyers2/seite/werk/meyers/band/9/seite/0914/meyers_b9_s0914.html#Kohle Kohle] in: Meyers Konversationslexikon, 4. Aufl., 1888, Band 9, Seite 914 f. Kategorie:Brennstoff ja:炭

Schwefel

Schwefel (chemisch nach dem Lateinischen Sulphur oder Sulfur genannt, im Deutschen eventuell vom Indogermanischen
- suel- „schwelen" abgeleitet) ist ein chemisches Element.

Modifikationen

chemisches Element Schwefel tritt in verschiedenen Modifikationen auf: Fester Schwefel
- Die bei Raumtemperatur thermodynamisch stabilste Modifikation des Schwefels ist α-Schwefel, rhombisch kristallisierend (rhombischer Schwefel). Er hat die typische schwefelgelbe Farbe.
- Bei 95,6 °C liegt der Umwandlungspunkt zu β-Schwefel. Diese Schwefelmodifikation ist fast farblos und kristallisiert monoklin (monokliner Schwefel). Seltener ist der ebenfalls monoklin kristallisierende γ-Schwefel (Rosickyit). Flüssiger Schwefel
- λ-Schwefel: S₈-Ringe (gelb)
- π-Schwefel: S_n (n=6-7, 9->25) niedermolekulare und größere Ringe
- μ-Schwefel: S_n (n=10³-10⁶) hochmolekulare Ketten Fester Schwefel besteht normalerweise aus S₈-Molekülen, bei denen acht Schwefel-Atome in einem Ring zick-zack-förmig gebunden sind. Beim Erhitzen schmilzt der β-Schwefel, wobei auch andere Ringe (v. a. S₆, S₇, S₁₂) in temperaturabhängigen Anteilen auftreten. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur brechen die Ringe durch thermische Anregung auf und bilden zunächst lange Ketten (Polymerisation, sog.

\lambda

-Übergang bei ca. 159°C), diese verkürzen sich dann bei steigender Temperatur wieder. Neben diesen Schwefelketten liegen aber immer auch S-Ringe vor, i. w. jedoch S₈. Am

\lambda

-Übergang ändern sich eine Reihe physikalischer Eigenschaften (z. B. Viskosität, optische Absorption und damit auch die Farbe). Gasförmiger Schwefeldampf ist dunkelrot und besteht anfangs aus S₈-Ringen, die bei höheren Temperaturen dann weiter aufbrechen, so dass die Moleküle immer kleiner werden. Ab etwa 1800 °C hat man dann Schwefelatome.

Schwefel als Mineral

Polymerisation Schwefel tritt gediegen, also in elementarer Form, als Schwefelblüte in der Natur auf. Er kristallisiert unterhalb etwa 95 °C im orthorhombischen Kristallsystem (α-Schwefel), hat eine Dichte von 2,0 bis 2,1, eine Härte von 1,5 bis 2,5 und eine hell- bis dunkelgelbe Farbe, sowie eine weiße Strichfarbe. Meist zeigt er hellgelbe prismen- oder pyramidenförmige Kristalle, die sich auf Gesteinsflächen aus schwefelreichen Gasen durch unvollständige Oxidation von Schwefelwasserstoff (H₂S) oder Reduktion von Schwefeldioxid (SO₂) bilden. Oberhalb etwa 95 °C kristallisiert Schwefel monoklin (β-Schwefel). Schwefeldioxid Diese Form wandelt sich unterhalb 95 °C rasch in die orthorhombische α-Form um. Reiner Schwefel ist relativ selten, wird allerdings in großen Mengen bei Vulkanausbrüchen freigesetzt. Er findet sich in Vulkanschloten oder an anderen Postvulkanischen Erscheinungen. Schwefel kommt aber auch in derber Form, das heißt, ohne mit bloßem Auge erkennbare Kristalle vor, insbesondere in Sedimenten oder Sedimentgesteinen. Häufig findet er sich in Evaporiten (Salzgesteinen), wo er meistens durch Reduktion von Sulfaten entsteht. Charakteristisch für das Mineral sind neben der geringen Härte die Farbe Mineralund der niedrige Schmelzpunkt 112,8 °C (α-S) beziehungsweise 119,2 °C (β-S).

Gewinnung

Mineral Früher bildete das gediegene Mineral eine wichtige Quelle für Schwefel: 3,5 Millionen Tonnen wurden jährlich mit Hilfe des von Hermann Frasch entwickelten Frasch-Verfahrens abgebaut, hauptsächlich in den USA und in Polen. Den größten Anteil machte jedoch aus Sulfiderzen gewonnener Schwefel aus: Aus dieser Quelle stammten etwa 50 Millionen Tonnen pro Jahr. Heute fällt der Schwefel in großen Mengen als Abfallprodukt bei der Entschwefelung von Erdgas mit Hilfe des Claus-Verfahrens an.

Verwendung

Schwefel wird sowohl in der chemischen als auch in der pharmazeutischen Industrie genutzt, unter anderem zur Produktion von Schwefelsäure, Farbstoffen, Insektiziden und Kunstdüngern. Schwefel findet auch bei der Herstellung von Schwarzpulver oder bei anderen Sprengstoffen Verwendung. Der pharmazeutische Nutzen von Schwefel war bereits im Altertum bekannt. Innerlich wurde Schwefel als Laxans (Abführmittel) eingesetzt. Er reizt die Darmschleimhaut. Der dabei durch Bakterien erzeugte Schwefelwasserstoff regt die Peristaltik an. Äußerlich kamen Schwefelrezepturen bei Hauterkrankungen wie Akne, Ekzemen, Krätze, Mykosen u.a. zum Einsatz. Heute findet Schwefel in der Dermatologie nur noch selten Verwendung, ist aber noch nicht vollständig aus der pharmazeutischen Literatur verschwunden. Nach wie vor gibt es pharmazeutische Zubereitungen, die als Wirk- bzw. Hilfsstoff Schwefel enthalten.

Wichtige Schwefelverbindungen

Wichtige anorganische chemische Verbindungen, in denen Schwefel vorkommt, sind:
- Schwefeloxide, wie Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid,
- Schwefelwasserstoff
- Schweflige Säure
- Schwefelsäure
- Sulfide, wie Zinnober (HgS)
- Sulfite, wie Natriumsulfit,
- Sulfate, wie Natriumsulfat, Ammoniumsulfat, Calciumsulfat (Gips)
- Thioschwefelsäure
- Thiosulfate
- Natriumdithionit (Na₂S₂O₄), ein Bleichmittel
- Schwefelnitride:S₄N₄, S₂N₂ und (SN)_x Auch in verschiedenen organischen Stoffklassen kommt Schwefel gebunden vor (Organoschwefelverbindung), zum Beispiel:
- Thiole oder Mercaptane
- Thioether
- Dithiane
- Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid als Lösungsmittel
- Sulfone
- Sulfonsäuren, deren Salze, die Sulfonate, zum Beispiel als Detergentien dienen

Trivia

- Bei den mittelalterlichen Alchemisten symbolisierte der Löwe den Schwefel.

Siehe auch

- Liste von Mineralen

Literatur

- R. Steudel (Hrsg.): Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds (part I & II), Topics in Current Chemistry Vol. 230 & 231, Springer, Berlin 2003.

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Schwefel Schwefel als Mineral]
- [http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d54/13.htm Schwefelkreislauf]
- [http://www.chemieseite.de/hauptelemente/node27.php Schwefel]
- [http://www.uncp.edu/home/mcclurem/ptable/sulfur/s.htm Sulfur (engl.)] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Nichtmetall Kategorie:Mineral Kategorie:Chalkogen Kategorie:Periode-3-Element ja:硫黄 ko:황 simple:Sulfur th:กำมะถัน

Hygroskopisch

Hygroskopie (v. griech.: hygrós = feucht, nass + skopein = anschauen) bezeichnet in der Chemie und Physik die Eigenschaft, Feuchtigkeit aus der Umgebung (meist in Form von Wasserdampf aus der Luftfeuchtigkeit) aufzunehmen. Die aufnehmenden Stoffe - soweit es sich um feste Stoffe handelt - zerfließen oder verklumpen meistens durch die Wasseraufnahme. Hygroskopie wird oft fälschlicherweise als Hydroskopie (aufgrund des griechischen Wortes hydrós = Wasser) bezeichnet.

Anwendungen

Stark hygroskopische Stoffe wie zum Beispiel Calciumchlorid, Magnesiumchlorid oder Silicagel werden als Trockenmittel verwendet. Letztere bleiben auch im gesättigten Zustand rieselfähig und formstabil und liegen oftmals Gegenständen, die vor Feuchtigkeit geschützt werden sollen (elektronische oder optische Geräte), in einem Beutel bei. Eine andere Anwendung ist die Bindung von Wasser in Kältemaschinen (z.B. Absorptionskältemaschine). Durch hygroskopische Stoffe kann der Dampfdruck des Wassers in der darüberliegenden Atmosphäre verringert werden, sofern der Raum dicht ist. Als Grundlage dafür ist anzusehen, das der hygroskopische also wasseranziehende Stoff selber einen geringeren Dampfdruck besitzt als der Dampfdruck des umgebenden Raumes.

Unerwünschte Effekte

Die Eigenschaft ist in der Praxis oft unerwünscht, zum Beispiel, wenn Kochsalz aufgrund von aufgenommener Luftfeuchtigkeit verklumpt. Kochsalz ist allerdings nicht selbst hygroskopisch, die Feuchtigkeitsaufnahme resultiert aus Spuren von Magnesiumchlorid im Kochsalz. Auch in anderen Bereichen ist dieser Effekt von Bedeutung. Die Bremsflüssigkeit von Autos neigt ebenfalls dazu, Wasser zu binden. Wird beim Bremsen das Wasser dann erhitzt, kommt es zur Wasserdampfbildung im Bremssystem, wodurch die Bremsleistung rapide absinkt. Deshalb ist ein zweijähriger Wechsel der Bremsflüssigkeit vorgeschrieben. Kategorie:Physik Kategorie:Chemie

Brennstoff

Brennstoff ist ein brennbares Material, das gespeicherte Energie durch Oxidation, meist in Form einer Verbrennung, in nutzbare Energie umwandelt. Kernbrennstoffe wie Uran oder Plutonium werden nicht chemisch verbrannt, sondern Energie wird durch eine nukleare Kernspaltung oder eine Kernfusion gewonnen. Brennstoffe werden zur Wärmegewinnung eingesetzt, während Kraftstoffe (Treibstoffe) in Verbrennungsmotoren verwendet werden. Diese Definition der Begriffe ist unabhängig von der chemischen Zusammensetzung, so ist 'Heizöl EL' ein Brennstoff, der unter der Bezeichnung Diesel als Kraftstoff vertrieben wird. Brennstoffe sind Rohstoffe. Die meisten derzeit genutzten Brennstoffe sind Kohlenstoffverbindungen. Sie werden unterschieden in fossile Rohstoffe und nachwachsende Rohstoffe. Hinzu kommen Wasserstoff und Kernbrennstoff. Weiterhin unterscheidet man natürliche und künstliche Brennstoffe. Natürliche Brennstoffe werden in der Form eingesetzt, in der sie der Umwelt entnommen werden. Künstliche Brennstoffe werden durch einzelne Verfahrensschritte aus den natürlichen Brennstoffen gewonnen. Die Beurteilung der Qualität eines Brennstoffes hinsichtlich seines Vermögens Wärme zu liefern erfolgt durch seinen Heizwert, in manchen Fällen auch durch seinen Brennwert. Brennwert

Brennstoffpreise

Der Weltmarktpreis ist bedingt durch das Auf und Ab der Konjunktur erheblichen Schwankungen unterworfen. Gemessen an der Steinkohleeinheit schwankte der Preis im Zeitraum 1970 bis 2004:
- bei Erdöl um 900 %
- bei Erdgas um 700 %
- bei Steinkohle um 200% Die Preise für die marktgängigen Brennstoffe haben einen erheblichen Einfluss auf die nationalen Volkswirtschaften, stark steigende Preise können eine bereits vorhandene Inflation verstärken.

Verwendung der Brennstoffe

Die auf der Erde vorhandenen Brennstoffe werden verschiedensten Verwendungszwecken zugeführt.
- Festbrennstoffe dienen heutzutage in erster Linie der Erzeugung von Elektrischen Strom im Dampfkraftwerk. Daneben werden Festbrennstoffe für die Verfahrenstechnik und die Erzeugung von Metall bei der Verhüttung von Eisen und Stahl benötigt. Festbrennstoffe haben zur Zeit nur noch einen geringen Anteil an der Beheizung von Gebäuden.
- Flüssigbrennstoffe haben einen erheblichen Anteil im Verkehrswesen und zur Heizung von Gebäuden, weiterhin dienen sie als Rohstoff für Produkte in der Chemischen Industrie.
- Gasförmige Brennstoffe werden hauptsächlich zur Gebäudebeheizung sowie zur Stromerzeugung genutzt. Sie werden in der Chemischen Industrie ebenfalls als Brenn- und Rohstoff verwendet.

Herkunft der Brennstoffe

Die meisten der in Deutschland verwendeten Brennstoffe müssen importiert werden. Das gilt in erster Linie für die flüssigen und gasförmigen Brennstoffe, da Mitteleuropa auf diesem Gebiet nur geringe eigene Ressourcen besitzt. Feste natürliche Brennstoffen werden dagegen in diesem geographischen Gebiet als Bodenschatz in größeren Mengen gefördert, wobei die bei der Förderung anfallenden Kosten durch Subventionen unterstützt werden, um den heimischen Brennstoff gegenüber den auf dem Weltmarkt gezahlten Preisen konkurrenzfähig halten zu können. Die Bereitstellung von Brennstoffen aus Nachwachsenden Rohstoffen hat für die Energiewirtschaft nur eine geringe Bedeutung.

Einteilung und Kennzahlen der Brennstoffe

Feste Brennstoffe

Nachwachsenden Rohstoffen Nachwachsenden Rohstoffen

Flüssige Brennstoffe

Nachwachsenden Rohstoffen

Gasförmige Brennstoffe

Nachwachsenden Rohstoffen Anmerkung:
- bedeutet z. Zt nicht bekannt

Weitere Brennstoffe

Im Bereich der Kernenergie werden radioaktive Elemente mit spaltbarem Material Kernbrennstoffe genannt. Siehe auch: Kraftstoff, Fossiler Brennstoff, Brennstofftechnische Gesellschaft ! Kategorie:Erneuerbare Energie

Verbrennung (Chemie)

Eine Verbrennung ist eine Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff oder einem anderen Gas reagiert. Im allgemeinen Sprachgebrauch versteht man unter einer Verbrennung die Redoxreaktion eines Materials mit Luftsauerstoff. Eine Verbrennung kann heftig in Form eines Feuers oder langsam und relativ kalt, etwa beim Verrosten von Metallen oder innerhalb eines Lebewesens bei der "Verbrennung", also der Oxidation von Nährstoffen, ablaufen. Bei den Feuerwehren werden die brennbaren Stoffe in Brandklassen eingeteilt. Die Verbrennung in einem Feuer kann kontrolliert (Nutzfeuer), zum Beispiel in einem Ofen oder Lagerfeuer, oder unkontrolliert (Schadfeuer) bei einem Brand erfolgen. Verbrennungen, die mit einer hohen Geschwindigkeit, nahezu schlagartig und mit enormer Volumenzunahme (der gasförmigen Bestandteile) erfolgen, bezeichnet man als Explosion oder bei etwas langsamerem Ablauf als Verpuffung.

Verlauf

Bei der Verbrennung reagiert eine Substanz chemisch mit Sauerstoff oder (selten) einem anderen Gas. Dabei werden Wärme und Licht freigesetzt.
Bei den meisten Stoffen, die zur Wärmeerzeugung verbrannt werden, reagieren Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff. Es entsteht dabei sichtbarer Rauch, der aus Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser besteht. Die Substanz kann fest (beispielsweise Holz, Kohle), flüssig (Benzin, Alkohol), flüssig werdend (Wachs) oder gasförmig (Methangas, Erdgas) sein. Es können auch Stoffe ohne den Einfluss von Sauerstoff verbrennen, so beispielsweise Fluor mit Wasserstoff. Hierbei entsteht Fluorwasserstoff, welcher in wässriger Lösung die Fluorwasserstoffsäure bildet, die beispielsweise zum Ätzen von Glas geeignet ist.

Voraussetzungen für eine Verbrennung

Glas
- Brennbares Material in ausreichender Menge
- Oxidationsmittel, meist Sauerstoff
- Wärme, um die Zündtemperatur zu erreichen, oder die Mindestverbrennungstemperatur zu halten
- Das richtige Mengenverhältnis des brennbaren Stoffes mit der Umgebungsluft oder dem reaktiven Gas Ein Katalysator kann die Verbrennung beschleunigen oder sogar erst ermöglichen.

Verbrennungs-Geschwindigkeit

Beim brennbaren Material kann es nur zur Oxidation kommen, wenn ein einzelnes Atom oder Molekül des Brennstoffs mit Sauerstoff in direkten Kontakt kommt. Daher sind für die Verbrennungs-Geschwindigkeit die Verfügbarkeit von Sauerstoff und sein inniger Kontakt mit dem Brennmaterial maßgeblich. Die Versorgung mit Sauerstoff kann man durch stete Zufuhr von Frischluft erreichen, indem man z.B. in ein Holzfeuer bläst. Für Holzfeuer ist der Kamin dabei ein ideales Hilfsmittel. In dem sich verengenden Kaminrohr steigen die erwärmten Abgase schnell auf und erzeugen einen steten Unterdruck um das Feuer. Dieser saugt permanent frische Luft heran. Eine extreme Ausprägung sind der Feuersturm bzw. Waldbrände, die durch Winde, z. B. den Mistral, angefacht werden. Die meisten Löschverfahren beruhen darauf, die Luftzufuhr zu unterbrechen (Löschdecke, Schaum, Feuerlöscher,

CO_2

-Löschanlage...). Um den innigen Kontakt herzustellen, muss man die Oberfläche des Brennstoffs vergrößern. Ideal ist es dabei, den Brennstoff in ein Gas zu verwandeln. Das geschieht bei der Kerze: Am Boden des Dochts schmilzt Wachs, steigt dann als Flüssigkeit auf und verdampft an der heißen Spitze. Das verdampfte Wachs verbrennt schließlich. Ein weiteres anschauliches Beispiel ist die Mehlstaubexplosion: Wird etwas Mehl in eine Kerzenflamme geblasen, wird das ansonsten unbrennbare Mehl durch die Zerstäubung brennbar und reagiert heftig. Beim Ottomotor und Dieselmotor erfolgt ebenfalls eine Verdampfung bzw. Zerstäubung. Flüssiger Dieselkraftstoff ist bei Raumtemperatur unbrennbar. Erst durch Zerstäubung in einer Einspritzanlage wird er brennbar. Über Benzin steht bei Raumtemperatur immer eine Benzindampfwolke. Daher ist Benzin leicht entzündlich. In einigen chemischen Verbindungen sind das »Oxidationsmittel« (Sauerstoff) und das zu oxidierende »Material« in demselben Molekül untergebracht, so z. B. in vielen Sprengstoffen. Das »Nitroglyzerin« mit der Summenformel C₃H₅N₃O₉ enthält pro Molekül 9 Sauerstoffatome (in drei Nitrat- bzw. Salpetersäure-Estergruppen) und damit mehr als genug, um die im Molekül enthaltenen Kohlen- und Wasserstoffatome vollständig zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren. Die instabile Verbindung zerfällt explosionsartig schon bei leichten Erschütterungen; die gasförmigen Oxidationsprodukte bilden blitzartig ein Vielfaches des ursprünglichen Volumens und dadurch extrem hohen Druck, worauf die Wirkung dieses Sprengstoffs und aller anderen beruht. Auch die Treibsätze von Feststoffraketen bringen den Sauerstoff selbst mit, weil es ihn im Vakuum des Weltalls nicht gibt. Kategorie:Chemische Reaktion Kategorie:Brandlehre ja:燃焼 ko:연소

Pyrotechnische Erzeugnisse

Bezeichnungen für Produkte der pyrotechnischen Industrie in denen explosionsgefährliche Stoffe oder Stoffgemische enthalten sind. Je nach Verwendungsziel sollen damit Licht-, Schall-, Rauch-, Nebel-, Heiz-, Druck- oder Bewegungswirkungen erzeugt werden. Man unterscheidet entsprechend:
- Treibsätze
- Knallsätze
- Leuchtsätze
- Pfeifsätze
- Rauchsätze
- Nebelsätze
- Gassätze
- Heizsätze
- pyrotechn. Sätze für spezielle Effekte. Hauptbestandteile sind Oxidationsmittel wie z. B. Nitrate, Chlorate und Perchlorate, Brennstoffe wie Holzkohle, Schwefel, Aluminium, Magnesium, Zink, Schwefel, Phosphor und viele andere Stoffe) sowie Hilfsstoffe zur Erzielung der erwünschten Effekte. Als Zündmittel dienen Zündschnüre, Reibeköpfe, für militärische Zwecke auch elektrische oder Abreißzünder. Militärisch genutzte Produkte sind Brandwaffen, Nebelwaffen, Rauchkerzen und Leuchtsätze. Feuerwerksraketen enthalten Treibsätze aus Schwarzpulver und die Effektfüllungen, die aus Leuchtsätzen, manchmal auch aus Knall- und Pfeifsätzen bestehen. Die Steighöhe ist bei Feuerwerks-Raketen auf 100 m bis 200 m begrenzt. In Kleinfeuerwerkskörpern wird meist Schwarzpulver in fester Umhüllung eingedämmt. Die so genannten Schwärmer bestehen aus einer pfeifenden Treibladung mit abschließendem relativ schwachem Knallsatz. Mischungen aus Oxidatoren und Metallpulvern nennt man Blitzsätze oder auch ggf. Blitzknallsatz (BKS), wenn sie primär zur Erzeugung eines Knalls bestimmt sind. Wie der Name schon sagt, explodiert ein BKS mit einem hellen Lichtblitz und einem lauten Knall unter enormer Energieabgabe, wobei manche Blitzsätze auch in Detonation übergehen können. Eine weitere wesentliche Eigenschaft dieser Explosivstoffe ist es, ohne Verdämmung zu explodieren, was von der Art und der Zusammensetzung der Mischung abhängt. Diese Eigenschaft macht sie für die Pyrotechnik sehr interessant, da man mit geringen Mengen einen vielfach lauteren Knall erzeugen kann, als das mit Schwarzpulver möglich ist. Das in der Pyrotechnik fast ausschließlich angewandte Gemisch aus Kaliumperchlorat und sehr feinteiligem Aluminiumpulver (Aluminiumpyroschliff / Dark Pyro Alu) explodiert bereits in geringer Menge offen gezündet mit einem ohrenbetäubenden Knall. Diese Eigenschaft macht die Handhabung von BKS gefährlich, zumal das Gemisch empfindlich auf statische Aufladung reagiert. Zu finden ist diese Mischung in Vogelschreckpatronen und Salutbomben in der Großfeuerwerkerei. Ferner werden die sog. Flashmischungen in kleinen Bombetten als Zerlegerladung eingesetzt, wobei diese dann häufig auch aus Bariumnitrat, Schwefel und hochfeinem Aluminiumpulver bestehen. Pfeifsätze enthalten meist Chlorate oder Perchlorate als Oxidationsmittel sowie Salze organischer Säuren. Die Geräuschentwicklung entsteht nicht durch Form der Austrittsöffnung sondern durch oszillierend pulsierenden Abbrand in offener Papphülse. Außer in Raketen finden Pfeifsätze Verwendung in Luftheulern. In Knallerbsen wird Silberfulminat, ein Salz der Knallsäure verwendet. In einer Knallerbse sind höchstens 25 mg enthalten, die mit einer kleinen Menge Quarzsand in Seidepapier eingewickelt sind. Der Quarzsand verleiht der Knallerbse einerseits das notwendige Gewicht, zweitens löst er beim Auftreffen auf harte Unterlage durch zerdrücken der Fulminatkristalle die Explosion aus. Der Stoff kann nicht in sehr großen Mengen hergestellt werden, da er auch am Eigengewicht der Kristalle zur Explosion gebracht werden kann. Auch geringe Reibung oder Erschütterung kann zur Explosion führen. Auch feuchtes Silberfulminat ist explosiv. Als pyrotechnische Erzeugnisse für technische Zwecke seien erwähnt: Gassätze zum Füllen von Airbags oder Austreiben von Löschpulver; Heizsätze zum Verschweißen von Kunststoffen oder schweißen von Stahl (Thermit); Rauch- bzw. Schwelsätze entsprechender Zusammensetzung können zum Begasen von Ungeziefer eingesetzt werden; in der Anfangszeit der Photographie wurde Blitzlicht durch verbrennendes Magnesium erzeugt. Rechtliches
Der Umgang, dazu gehören das Herstellen, Bearbeiten, Verarbeiten, Verwenden, Verbringen, der Transport und das Überlassen innerhalb der Betriebsstätte, das Wiedergewinnen und Vernichten; der Verkehr (Handel) und die Einfuhr werden aufgrund der möglichen Gefährdung im Sprengstoffrecht geregelt. Kategorie:Pyrotechnik

Normalbedingungen

Die so genannten Normalbedingungen (auch STP genannt vom englischen Begriff "Standard Temperature and Pressure") für die Angabe von Eigenschaften von Gasen sind:
- Temperatur T = 0 °C = 273,15 K und
- Druck p = 101325 Pa = 101325 N/m² = 1013,25 hPa = 101,325 kPa
Geregelt werden dies in Deutschland in der DIN 1343 „Referenzzustand, Normzustand, Normvolumen; Begriffe, Werte“ Dieser Zustand wird oft mit den Standardbedingungen (auch NTP für "Normal Temperature and Pressure") verwechselt. Während die STP weltweit genormt sind, variieren die NTP von Region zu Region (der Begriff wird hauptsächlich in den USA verwendet), und auch von Branche zu Branche. In der angelsächsischen Literatur werden die NTP oft auch als STP bezeichnet, so dass insbesondere bei englischsprachigen Angaben gut darauf geachtet werden muss, welcher Zustand tatsächlich gemeint ist. Heute sind neue Normalbedingungen (SATP für "Standard Ambient Temperature and Pressure") üblich:
- Standarddruck p = 100000 Pa = 1000 hPa = 100 kPa = 1 bar
- Standardtemperatur T = 298,15 K ≙ 25 °C (analog zu STP) :(Standardbedingungen z. B. der Enzymkinetik)
Kategorie:Chemie

Schießpulver

Schießpulver Oft einfach Pulver genannte Treibmittel für Feuerwaffen und Feststoffraketen, die im Gegensatz zu dem früher verwendeten Schwarzpulver aus den sogenannten rauchschwachen Cellulosenitratpulvern bestehen. Anstatt der historisch vom Schwarzpulver stammenden Bezeichnung Schießpulver wird heute meist der Begriff Treibladungspulver verwendet. Diese gehören zusammen mit den Initialsprengstoffen, Sprengstoffen, Schwarzpulver, Zündmitteln und pyrotechnischen Sätzen zu den Explosivstoffen. ---- Nach der Zusammensetzung werden die Schießpulver in drei Klassen eingeteilt: 1. Einbasige Schießpulver (Cellulosenitrat-Pulver): Mischungen von 80% Schießbaumwolle u. 20% Collodiumwolle, die mit Alkohol-Ether-Gemischen gelatiniert und nach dem Formen und Trocknen mit Weichmachern wie Centraliten, Campher und Dibutylphtalat u.ä. phlegmatisiert werden. 2. Zweibasige Schießpulver: Mischungen von Glycerintrinitrat und Cellulosenitrat die man mit Aceton/Alkohol gelatiniert, anschließend zu Schnüren formt und dann das Lösemittel entfernt. Ein typisches Beispiel ist das britische Kordit, das der Schnurform seinen Namen verdankt. 3. Dreibasige Schießpulver: Mischungen von Diethylenglykoldinitrat oder Triethylenglykoldinitrat und Cellulosenitrat, denen Nitroguanidin als dritte Komponente zugesetzt wird; diese Pulver haben einen niedrigen Energiegehalt bei großem Gasvolumen. Sie schonen dadurch die Rohre und werden besonders bei Feldartillerie (Dauerfeuer) und Flak (hohe Kadenz) verwendet. ---- Als POL-Pulver (Pulver ohne [organische] Lösemittel)werden zwei- od. dreibasige Treibladungspulver für Artillerie oder auch als Raketentreibstoffe bezeichnet. Die Gelatinierung und Homogenisierung erfolgt mit Wasser durch Walzen-, Strangpreß- od. Schneckenpreß-Prozesse, wobei Diethylenglykoldinitrat bzw. Glycerintrinitrat als „Lösungs- und Quellmittel“ für Cellulosenitrat fungiert, dann wird das Wasser bis auf etwa. 1% verdampft, und anschließend das Pulver maschinell geformt. Für die sogenannten Tropenpulver wurde in Deutschland wegen der geringeren Flüchtigkeit Triethylenglykoldinitrat statt Diethylenglykoldinitrat verwendet. Glycerintrinitrat war ja während beider Weltkriege wegen der Knappheit an Fetten und Ölen als Rohstoffe nur wenig verfügbar. Die fertigen Pulver werden graphitiert um statische Aufladung beim Schütten zu vermeiden und somit Funkenbildung zu vermeiden. ---- Weitere Zusatzstoffe: Zur Verringerung der Rauchentwicklung und Erhöhung der Lagerstabilität können 0,5 % bis 2% Diphenylamin zugegeben werden. Ein Zusatz von 1% Natriumoxalat oder 2% Kaliumsulfat verhindert die Entzündung der Rauchgase und somit den Mündungsblitz. Dinitrotoluol kann als Ersatz für Glycerintrinitrat oder Diethylenglykoldinitrat verwendet werden, ist allerdings bedeutend giftiger. Für denselben Zweck kann auch Ethylenglykoldinitrat verwendet werden, allerdings findet wegen des viel niedrigeren Siedepunktes durch Verdunstung und Rückkondensation eine langsame Entmischung statt, deswegen ist dieses Pulver nicht lange lagerfähig. Als Ersatz für Cellulosenitrat können bis zu 50% Ammoniumnitrat zugegeben werden, allerdings ist das Schießpulver dann sehr feuchtigkeitsempfindlich. Preßlinge aus Kohlenstaub und Ammoniumnitrat wurden im 1. und 2. Weltkrieg in Deutschland als Treibmittel für die Artillerie eingesetzt; ---- Nach der Form unterscheidet man Röhrenpulver, Plattenpulver, Streifenpulver, Ringpulver, Nudelpulver und sonstige Formen. Die Form und Größe der Pulverteile wird weitgehend von der Größe und Form der Treibladung sowie dem gewünschten Abbrandprofil bestimmt. In großkalibrigen Kanonen verwendet man meistens Röhrenpulver, in Steilfeuergeschützen Plattenpulver, in Handfeuerwaffen hauptsächlich feinkörnige Pulver. Treibsätze für Raketen werden in Form zylindrischer Preßlinge hergestellt, die zusätzlich Bohrungen und Rillen zur Vergrößerung der Abbrandoberfläche erhalten. Um zu verhindern dass eine Artillerietreibladung detoniert statt zu deflagrieren, wird diese nicht direkt von der Initialladung gezündet, sondern über eine Schwarzpulverzwischenladung. Dadurch wird auch die gleichmäßige Zündung der Gesamtladung sichergestellt.

Kilogramm

Das Kilogramm ist die SI-Basiseinheit der Masse. Das Einheitenzeichen des Kilogramms ist kg. Es ist in mehrfacher Hinsicht eine besondere Einheit. Es ist die einzige SI-Einheit, die nur durch einen Vergleichsgegenstand (Prototyp), das Urkilogramm, festgelegt ist. Als einzige der sieben SI-Basiseinheiten trägt das Kilogramm das SI-Präfix „Kilo“ (v. griech.: chilioi „tausend“) zu der Einheit „Gramm“ (v. lat. grámma „Geschriebenes, Schrift“), das heißt 1 kg = 1000 g.

Alte Definition

Das Kilogramm war ursprünglich definiert als die Masse eines Kubikdezimeters (dm³) Wasser bei maximaler Dichte (also bei 3,98 °C).

Aktuelle Definition

Dichte] Seit 1889 bildet das Urkilogramm (der Internationale Kilogrammprototyp) in Paris den Vergleichswert für die Maßeinheit Kilogramm. Seine Masse beträgt per Definitionem 1 kg. Es wird in einem Tresor des Internationalen Büros für Gewichte und Maße (BIPM) in Sèvres bei Paris aufbewahrt. Es handelt sich um einen Zylinder von 39 Millimetern Höhe und Durchmesser, der aus einer Legierung von 90 % Platin und 10 % Iridium besteht. Länder, die dem metrischen System beigetreten sind, also die Meterkonvention unterschrieben haben, sind im Besitz von Kopien dieses Urkilogramms. Die Internationale Kommission für Gewichte und Maße (CIPM) entscheidet darüber, wann diese Kopien mit dem Urkilogramm verglichen werden. Bisher gab es solche Vergleiche um 1950 und zuletzt um 1990. Hierbei stellte man fest, dass Kopien des Urkilogramms im Laufe der Jahre scheinbar schwerer geworden waren als das Original. Möglicherweise, so eine Erklärung, wurde das Urkilogramm einfach zu häufig geputzt. Ein Mitgliedsland der Meterkonvention kann aber jederzeit seine Kopie zum BIPM bringen lassen, um es mit den Arbeitskopien des BIPM vergleichen zu lassen. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), welche das deutsche Duplikat des Urkilogramms besitzt, hat dies bisher etwa alle zehn Jahre getan.

Geplante Neudefinition

Derzeit wird weltweit daran gearbeitet, das Kilogramm so neu zu definieren, dass es von einer Fundamentalkonstante der Physik abgeleitet werden kann. Dieses Vorhaben bekam eine besondere Dringlichkeit, da festgestellt wurde, dass die rund 40 Kopien gegenüber dem Urkilogramm zwischenzeitlich aus bisher ungeklärten Gründen im Mittel eine Gewichtsdifferenz von etwa 50 Mikrogramm aufweisen. Da diese Kopien aus dem gleichen Material und immer nach der gleichen Prozedur hergestellt wurden, ist es wahrscheinlicher, dass das eine Urkilogramm leichter geworden ist als dass seine 40 Kopien schwerer wurden. Hierbei werden momentan verschiedene Ansätze verfolgt:
- Erstellen einer Kugel hochreinen Siliziums mit einer bestimmten (und abgezählten) Anzahl von Siliziumatomen. Eine derartige Kugel wurde bereits hergestellt und auf Nanometergenauigkeit vermessen. Die gemessene Masse wich allerdings um einen winzigen Betrag von der errechneten Masse ab. Dies wurde zum Teil darauf zurückgeführt, dass die Isotopenzusammensetzung des Silizium nicht hinreichend genau gemessen werden konnte. Natürliches Silizium besteht aus drei Isotopen mit den Atommassen 28, 29 und 30. Man bemüht sich nun, eine Kugel aus isotopenreinem Silizium-28 herzustellen, was allerdings technisch und finanziell enorm aufwändig ist.
- Ermitteln des Gewichtes eines massebehafteten Körpers durch eine Watt-Waage, wobei mechanische mit elektrischer Leistung verglichen wird. Hierbei werden in zwei Schritten: 1) der Strom in einer Spule, mit der in einem Magnetfeld eine magnetische Kraft erzeugt wird und: 2) die durch Bewegung der Spule in diesem Magnetfeld induzierte Spannung gemessen (Strom × Spannung = elektrische Leistung mit der Einheit Watt). Außerdem müssen die Geschwindigkeit der bewegten Spule und die Fallbeschleunigung, die die Gewichtskraft des Gewichtstücks erzeugt, gemessen werden.
- Ermitteln der Masse eines Atoms mit Hilfe eines Ionenstrahls (elektrisch geladener Atome) und Aufsammeln der Ionen zu einer wägbaren Masse. Durch Messung des elektrischen Stroms des Ionenstrahls und der Zeit lässt sich dann die Masse eines Atoms in der Einheit Kilogramm berechnen. Diese Verfahren sind noch in der Entwicklung und es steht noch nicht fest, welches von ihnen das Urkilogramm ablösen wird. Auf der Erdoberfläche erfährt eine Masse von einem Kilogramm eine Gewichtskraft von rund 9,81 Newton (abhängig von der lokalen Erdbeschleunigung).

Siehe auch

- Größenordnung (Masse)
- Gramm
- Milligramm
- Tonne

Weblinks

- http://www.ptb.de/de/wegweiser/einheiten/_index.html "Die PTB als Hüterin der Einheiten"
- [http://www.bipm.fr/ Internetportal des Internationalen Büros für Gewichte und Maße (in englisch und französisch)] Kategorie:SI-Einheit ja:キログラム ko:킬로그램 simple:Kilogram th:กิโลกรัม zh-min-nan:Kong-kin

Explosion

]] Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur und des Druckes. Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen und die Freisetzung von großen Energiemengen auf kleinem Raum, zum Beispiel durch Sprengstoffe, explosionsfähige Atmosphäre oder aufgestaute Gase etwa in Vulkanen. Die plötzliche Volumenerweiterung verursacht eine Druckwelle, die bei einer idealen (von einer Punktquelle ausgehenden) Explosion durch das Modell der Detonationswelle beschrieben werden kann.

Unterscheidungen

Explosionstypen

Man unterscheidet zwei Typen von Explosionen: Wärmeexplosionen und Kettenverzweigungsexplosionen.
- Wärmeexplosionen entstehen, wenn die Reaktionsenthalpie nicht schnell genug abgeführt werden kann und damit die Temperatur des Systems ansteigt. Der Temperaturanstieg führt zu einem Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit und damit zu noch größerer Wärmefreisetzung und schließlich zur Explosion. (Theorien von Semenov, Frank-Kamenitzkii und Thomas).
- Kettenverzweigungsexplosionen entstehen bei radikalischen Reaktionen, wie der Knallgasreaktion. In einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich finden mehr Kettenverzweigungen als Kettenabbruchreaktionen (durch Rekombination der Radikale) statt, so dass die Anzahl der Radikale und damit die freigesetzte Reaktionsenthalpie schnell ansteigt und zur Explosion führt. Diese Typen unterscheiden sich in der Art der Energie freisetzenden chemischen Reaktion. In beiden Fällen ist jedoch der thermodynamische Vorgang derselbe: Die freigesetzte Energie führt zu rapider Temperatur- und Drucksteigerung sowie Volumenausdehnung, die das umgebende Material auseinander sprengt. Schließlich gibt es noch Explosionen, bei denen gar keine chemische oder nukleare Reaktion stattfindet, sondern lediglich ein zunehmender Druck in einer festen Hülle (z. B. gasreiches Magma in einem Vulkan oder Dampfexplosionen) diese zum Bersten bringt.

Makroskopisch

Eine weitere Unterscheidung wird makroskopisch getroffen:
- Deflagration (z.B. Verpuffungen), bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamm- oder Reaktionsfront langsamer als die Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Mediums (Sprengstoff) ist und sich die Abgasschwaden entgegen der Ausbreitungsrichtung bewegen.
- Detonation, die sich mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet und bei der sich die Abgasschwaden in der Ausbreitungsrichtung bewegen.

Wirkrichtung

Die Gegenrichtung zur Explosion ist die Implosion; hier expandiert das reaktive Medium nicht, sondern kontrahiert. Da die zur Implosion führende mechanische Arbeit über den Druck von der umgebenden Atmosphäre geleistet und nicht von einem Sprengkörper freigesetzt wird, ist der Energiebetrag, im Gegensatz zu dem einer Explosion, durch das implodierende Volumen und durch die Umgebungsbedingungen begrenzt.

Vorkommen

Explosionen kommen in der Natur als exotherme Reaktion häufig vor. Oft sind Explosionen zerstörerisch, man kann die Energie einer Explosion aber auch in der Sprengtechnik mit einer Sprengung verwenden. Beim Entzünden des Treibstoffes in Verbrennungsmotoren spricht man von einer Verbrennung und nicht von einer Explosion, da aufgrund der geringen Brenngeschwindigkeit die charakteristischen Eigenschaften einer Explosion nicht in Erscheinung treten.

Begriff

Der Begriff Explosion wird gelegentlich auch für eine rapide Zunahme einer beliebigen Größe (z.B. Population, Kosten) als „Explosion“ verwendet. siehe auch: Explosionsgrenze Kategorie:Chemische Reaktion Kategorie:Pyrotechnik ja:爆発

Byzantinisches Reich

Das Byzantinische Reich (verkürzt auch nur Byzanz) bezeichnet, nach dem ursprünglichen Namen seiner Hauptstadt Byzanz (eigentlich Konstantinopel), das aus hellenistischer Kultur, dem Römischen Staatswesen und der (im kulturellen Ursprung jüdischen) Christlichen Religion entstandene Kaiserreich im östlichen Mittelmeerraum. Das Reich entwickelte sich aus dem östlichen Teil des Römischen Reiches (Oströmisches Reich, Ostrom). Während das Westreich im Jahr 476 bzw. 480 endgültig unterging, bestand das Byzantinische Reich bis zur Eroberung seiner Hauptstadt Konstantinopel durch die Osmanen im Jahre 1453, verlor aber nach den arabischen Eroberungen im 7. Jahrhundert weitgehend seinen spätantiken Charakter. Das Byzantinische Reich sah sich Zeit seines Bestehens als unmittelbar und einzig legitimes, weiterbestehendes Römisches Kaiserreich. In diesem Sinne beanspruchte der byzantinische Kaiser das Supremat über alle christlichen Staaten des Mittelalters. Dieser Anspruch konnte aber spätestens seit etwa 600 n.Chr. nicht mehr durchgesetzt werden.

Das Wesen von Byzanz

Die Byzantiner – und die Griechen bis ins 19. Jahrhundert hinein – betrachteten und bezeichneten sich selbst als Römer („Rhômaioi“), das Wort Griechen („Hellênes“) wurde fast nur für die vorchristlichen, heidnischen griechischen Kulturen und Staaten verwendet. Die heute üblichen Bezeichnungen Byzantiner und Byzantinisches Reich sind modernen Ursprungs. Zeitgenossen sprachen immer von Basileia tôn Rhômaiôn (Reich der Römer) oder Rhômaikê Autokratia (Römisches Kaiserreich). Nach ihrem Selbstverständnis waren sie nicht die Nachfolger des Römischen Reiches – sie waren das Römische Reich an sich. Dies war staatsrechtlich auch der Fall, zumal Byzanz in einem intakten, an die Spätantike erinnernden Zustand existierte (es hatte ja keinen so massiven Bruch wie im Westen gegeben), der sich erst nach und nach veränderte und zu einer Gräzisierung des Staates unter Herakleios führte. Allerdings war bereits vorher die allgemein vorherrschende nationale Identität des oströmischen Reiches überwiegend griechisch. Griechisch war nicht nur die Amtssprache (seit Herakleios, vorher war es Latein), sondern auch die Sprache der Kirche, der Literatur und aller Handelsgeschäfte. Das byzantinische Reich war zwar ein multi-ethnischer Staat, der außer Griechen auch Armenier, Juden, Ägypter, Syrer, Illyrer und Slawen einschloss, aber die meisten Gebiete, über die er sich erstreckte, waren seit Jahrhunderten hellenisiert, also dem griechischen Kulturkreis angeschlossen. Hier lagen bedeutende Zentren des Hellenismus wie Konstantinopel, Antiochia, Ephesus, Thessalonike und Alexandria, und hier bildete sich auch die griechisch-orthodoxe Form des Christentums heraus.
Griechenland selbst spielte im byzantinischen Reich keine sonderlich bedeutende Rolle, da die neben der Hauptstadt wirtschaftlich und militärisch bedeutsamsten Gebiete die orientalischen Provinzen des Reiches waren. Als diese verloren gingen, spielte Kleinasien eine wichtige Rolle. Als auch dies teilweise im 11. und endgültig im 14. Jahrhundert an Invasoren fiel, begann bereits der Abstieg von der Welt- zur Regionalmacht und schließlich zum Kleinstaat. Das Byzantinische Reich besaß – im Gegensatz zu den meisten anderen Reichen des Mittelalters – auch nach dem Einfall der Araber noch eine straff organisierte Bürokratie, deren Zentrum Konstantinopel war. Es verfügte über Beamte und ein gutes Finanzwesen, über staatliche Monopole und eine stehende Armee. Kein Reich westlich des Kaiserreich China konnte etwa über so große Beträge verfügen wie Byzanz. Der Kaiser wiederum herrschte de facto uneingeschränkt über Reich und Kirche – und dennoch war in keinem anderen Staat (in diesem Fall kann man wirklich von einem Staat sprechen) eine so große Durchlässigkeit der Aristokratie gegeben wie in Byzanz, welches eine Mischung aus römischem Staatswesen, griechischer Kultur und christlichem Glauben darstellte und sich immer noch dem Gedanken der antiken Universalmacht verpflichtet fühlte. Nur Byzanz, so die zeitgenössische Vorstellung, war die Wiege des wahren Glaubens und der Zivilisation. In der Tat war das kulturelle Niveau in Byzanz zumindest bis ins Hochmittelalter hinein höher als in allen anderen Reichen des Mittelalters, eingeschlossen des islamischen Bereichs. In weiten Teilen wissen wir nur wenig über das „Neue Rom“. Relativ wenige Aktenstücke sind uns überliefert, und in Teilen schweigt auch die byzantinische Geschichtsschreibung, die mit Prokopios von Caesarea, Michael Psellos, Anna Komnene und Niketas Choniates über einige ganz hervorragende Vertreter verfügte. Wenn uns daher für einige Zeiträume nur kirchliche Quellen zur Verfügung stehen, so darf dies nicht zu der Annahme verleiten, Byzanz sei ein theokratischer Staat gewesen. Die Religion war wohl oft bestimmend, aber die Quellenlage ist in Teilen und besonders für die Periode vom 7. bis 9. Jahrhundert zu dürftig, um ein klares Bild zu erhalten. Erst in späterer Zeit bessert sich die Quellenlage etwas. Die ältere westeuropäische Forschungsmeinung sah in Byzanz oft nur eine dekadente, halb orientalische Despotie (so etwa Edward Gibbon). Dieses Bild wurde längst verworfen (Bury, Mango, Lilie unter anderem). Es wird inzwischen immer darauf hingewiesen, dass Byzanz als der Vermittler von kulturellen Werten und dem Wissen der Antike Unschätzbares geleistet hat. Es war zudem der „Schutzschild“ Europas über viele Jahrhunderte hinweg, erst vor den Persern und Steppenvölkern, später vor dem Islam. Erst nach der verheerenden Plünderung Konstantinopels durch die Kreuzfahrer im Jahr 1204 konnte das Byzantinische Reich diese Funktion nicht mehr wahrnehmen.

Grundriss der byzantinischen Geschichte

Byzanz in der Spätantike: Das Oströmische Reich

Die Wurzeln des Byzantinischen Reiches liegen in der römischen Spätantike (284 bis zum Beginn des 7. Jahrhunderts). Der römische Kaiser Konstantin der Große baute die bis dahin eher kleine altgriechische Kolonialstadt Byzanz im Jahr 330 großzügig aus und machte sie als Nova Roma (Neu-Rom) im bewussten Gegensatz zum heidnischen (Alt-)Rom (das spätestens seit der Tetrarchie des Kaisers Diokletian nicht mehr ständige Residenzstadt war) zur "Hauptstadt" der Osthälfte des Römischen Reiches bzw. zur Kaiserresidenz. Der offizielle Name wurde jedoch schnell durch den in der Umgangssprache gebräuchlichen Konstantinopel ersetzt (heute heißt sie İstanbul), und auch der Name "Byzanz" hielt sich noch über Jahrhunderte. Konstantinopel blieb auch unter den nachfolgenden Kaisern Verwaltungszentrum, wenn sich auch gerade in der Frühzeit nicht alle Kaiser dort längere Zeit aufhielten. So verbrachte Valens und Julian Apostata auch längere Zeit im Osten des Reiches (Antiochia). Nach dem Tod des Kaisers Theodosius I. 395 wurde das Reich in eine östliche und eine westliche Hälfte unter seinen beiden Söhnen Honorius und Arcadius aufgeteilt. Solche Reichsteilungen hatte es schon früher gegeben, aber diesmal erwies sie sich als endgültig: Arcadius, der in Konstantinopel residierte, gilt daher oft als erster Kaiser des Oströmischen beziehungsweise frühbyzantinischen Reiches. Dennoch galten alle Gesetze in beiden Reichshälften, und der Konsul des jeweils anderen Teiles wurde anerkannt. Andere Forscher zählen übrigens bereits Konstantin oder erst Herakleios als die ersten byzantinischen Herrscher. Im späten 4. Jahrhundert, zur Zeit der beginnenden Völkerwanderung, war zunächst die östliche Reichshälfte Ziel germanischer Stämme, wie der West- und der Ostgoten. Zu Beginn des 5. Jahrhunderts richteten sich deren Angriffe aber zunehmend auf das ökonomisch und militärisch schwächere Westreich. Vereinzelt musste sich Ostrom der Angriffe der Sassaniden erwehren, des einzigen gleichrangigen Konkurrenten Roms, mit dem aber zwischen 387 und 502 fast durchgängig Frieden herrschte. 410 wurde die Stadt Rom zum ersten Mal von den Westgoten erobert. Ostrom versuchte allerdings gerade gegen die Vandalen das Westreich zu unterstützen (die erfolglose Flottenexpedition von 467/468 wurde von Ostrom getragen). Allerdings hatte das Reich unter Kaiser Leo I. schwer mit dem Problem der germanischen Hilfstruppen zu kämpfen. Meistens handelte es sich ab der Mitte des 5. Jahrhunderts bei dem amtierenden Magister militum um einen Germanen. Doch konnte das Problem zum Ende des 5. Jahrhunderts durch die Heranziehung der Isaurier in den Militärdienst gelöst werden, die ein Gegengewicht zu den Germanen bildeten. Während der letzte weströmische Kaiser Romulus Augustulus im Jahr 476 von dem germanischen Heerführer Odoaker abgesetzt wurde (der letzte anerkannte Kaiser war allerdings Julius Nepos, der 480 in Dalmatien verstarb) erstarkte das Ostreich zusehends. Die Germanenreiche erkannten nun den oströmischen Kaiser als ihren nominellen Oberherren an. Kaiser Anastasios I. stärkte zudem die Finanzkraft des Reiches, was später der Expansionspolitik unter Justinian I. zu Gute kam. Justinian I. Im 6. Jahrhundert eroberten unter Kaiser Justinian I. (527-565) die beiden byzantinischen Feldherren Belisar und Narses sogar große Teile der weströmischen Provinzen – Italien, Nordafrika (Africa) und Teile von Spanien – zurück und stellten damit das Römische Reich für kurze Zeit fast in seiner alten Größe wieder her. Doch die Kriege in West und Ost sowie die Pest, die ab 541 die Mittelmeerwelt heimsuchte, schwächten das Reich erheblich. Während der Regierungszeit Justinians, in den 530er Jahren, wurde auch die Hagia Sophia erbaut, für lange Zeit die größte Kirche der Christenheit und der letzte große Bau des Altertums. Es war eine wichtige Übergangszeit vom spätantiken Staat zum byzantinischen, auch wenn man Justinian, den "letzten römischen Imperator" (Ostrogorsky), sicherlich noch zur Antike zu zählen hat. Unter seinen Nachfolgern nahm dann auch die Bedeutung und Verbreitung der lateinischen Sprache im Reich immer weiter ab. latein Justinian hinterließ seinen Nachfolgern jedoch leere Kassen, und sie waren nicht imstande, mit den neuen Angreifern fertig zu werden, die ab der zweiten Hälfte des 6. Jahrhunderts an den Grenzen auftraten. Die Langobarden besetzten Italien, die Slawen überrannten seit etwa 580 große Teile des Balkans. Mit dem gewaltsamen Tod des Kaisers Maurikios, der einen vorteilhaften Frieden mit den Sassaniden hatte schließen können und energisch gegen die Slawen vorgegangen war, eskalierte die militärische Krise. Seit 602 erlangten die Perser bzw. Sassaniden zeitweilig die Herrschaft über die meisten östlichen Provinzen. Bis 619 hatten sie sogar Ägypten und Syrien, und somit die reichsten oströmischen Provinzen erobert. Sie wurden zwar durch Kaiser Herakleios (610-641) zurückerobert, der das Sassanidenreich 628 schließlich entscheidend schlug. Nach dieser Anstrengung waren die Kräfte des Reichs jedoch erschöpft. Der plötzlichen Expansion der von ihrem neuen, muslimischen Glauben angetriebenen Araber hatte es nicht mehr viel entgegenzusetzen. In der Schlacht am Jarmuk am 20. August 636 unterlagen die Römer einem Heer des zweiten Kalifen Omar, und der ganze Süden des Reichs, einschließlich Syriens und Palästinas ging verloren (siehe auch Islamische Expansion). Im Gegensatz zu seinem langjährigen Rivalen, dem Perserreich der Sassaniden, konnte sich das oströmische bzw. byzantinische Reich jedoch immerhin erfolgreich gegen eine vollständige islamische Eroberung verteidigen; es mußte sich aber nach Kleinasien zurückziehen. Dabei führte die militärische Krise und der endgültige Verlust der reichsten Provinzen zu einer massiven Veränderung im Reich, in dem nun Griechisch endgültig das Lateinische verdrängte. Die spätantiken Strukturen von Staat und Gesellschaft verschwanden in dieser Zeit zu großen Teilen. Von nun an ist es angebracht, statt von Ostrom von Byzanz zu sprechen. Was das Reich an Gebieten verlor, gewann es an Gleichförmigkeit. Die antike Zivilisation war seit Jahrhunderten von der Existenz zahlreicher größerer und kleinerer Städte (poleis) geprägt gewesen; diese Zeit endete nun. Die meisten Städte wurden aufgegeben oder schrumpften auf die Größe von (oft befestigten) Dörfern. Nur Konstantinopel blühte und widerstand innerhalb eines Jahrhunderts drei schweren Belagerungen (626, 674–678 und 717–718). Die südlichen bzw. orientalischen Provinzen unterschieden sich kulturell nicht unerheblich vom Norden und gehörten seit dem 5. Jahrhundert mehrheitlich den orientalisch-orthodoxen, monophysitischen Kirchen an, die mit der griechisch-orthodoxen Kirche der nördlichen Provinzen im Streit lagen. Dieser Streit war wohl einer der Gründe für die baldige Akzepta