Het is weer zover. Rotjes bepalen mijn gemoed en die van
onze hond deze dagen rond de jaarwisseling. Onze hond heeft vorig jaar een paar
dagen trillend over haar hele lijf doorgebracht. Ik ben zelf wel redelijk
rotjebestand en ik word er niet nerveus van. Maar onze hond werkt me in deze
toestand wel op de zenuwen. Ik vind het zielig voor haar. Een kalmeringsmiddel
werkt helaas niet. Ik verwens al die rotjes.
Maar chemisch gezien is een rotje
erg interessant. Daarom ben ik toch een liefhebber. Erger nog, toen ik les gaf
op een middelbare school, was ik beroemd vanwege het ‘boemblik’. Legio keren vloog
de deksel van het blik er met een luide knal vanaf en sloeg daarbij een volgende
deuk in het gebutste plafond onder luid gejuich van de klas.
Hoe werkt een rotje?
Om te beginnen het is een verbranding.
Net zoals het branden van een kaars of van houtskool verbrandingen zijn.
Weet je nog uit de onderbouw van de middelbare school? Bij
het vak nask (natuurkunde-scheikunde) kreeg je de branddriehoek. Voor een brand
is nodig: brandstof, zuurstof en ‘temperatuur’. Bij een bbq is houtskool (C) de
brandstof. De zuurstof komt uit de lucht en ‘temperatuur’ komt door de lucifer
waarmee je het aansteekt. De reactievergelijking is:
C + O2 à
CO2
Alle koolstof verandert dus in het gas koolstofdioxide.
Als je bij een brand één van de
drie weghaalt, dan stopt de brand. Als je de zuurstof weghaalt door het vuur af
te dekken, dan houdt het branden op. Water werkt tweeledig: je koelt af tot onder de
verbrandingstemperatuur én je sluit de zuurstoftoevoer af. Overigens, je weet toch wel dat je een
oliebrand niet met water moet blussen? Dat leidt tot grote ongelukken. Daarover
een andere keer meer.
Een rotje afsteken is ook een verbranding. De brandstof is koolstofpoeder, vaak vermengd met zwavelpoeder. De
‘temperatuur’ komt door het lontje dat je aansteekt. Maar de zuurstof, waar
komt die vandaan? Het rotje is immers afgesloten!
Hier zit het geheim of de truc.
Het is namelijk zo dat de zuurstof niet alleen maar uit de lucht hoeft te komen.
De zuurstof hoeft niet in dezelfde vorm te zijn als de zuurstof die je inademt.
De zuurstof kan ook aangeboden worden terwijl het chemisch gebonden zit aan
andere atomen. Bijvoorbeeld in een nitraat of een nitrogroep. Daar zit de
zuurstof gebonden aan stikstof. Die binding is nogal ‘losjes’. Je zou kunnen
zeggen dat de zuurstof er gemakkelijk van los komt en dan met de koolstof reageert.
De reactievergelijking van koolstof met kaliumnitraat is:
5C + 4KNO3 à 5CO2 + 2N2 + 2K2O
Het meeste wordt dus omgezet in gas.
Omdat nitraten vaak vaste stoffen zijn, kan koolstofpoeder
met nitraatpoeder vermengd worden. Dan
heeft ieder korreltje koolstof een zuurstofbron bij zich in de buurt. Dan kan het allemaal tegelijk verbranden. Dat is met houtskool niet zo. Daar kan alleen de
buitenkant branden.
De verbranding in een rotje gaat daarom relatief erg snel. Er
ontstaan daarbij gassen als koolstofdioxide en stikstof zoals in de boven gegeven reactievergelijking. In een rotje zitten die gassen opgesloten door het kartonnen omhulsel.
De druk loopt in het rotje daardoor op. Doordat er, net zoals bij alle
verbrandingen, veel energie vrijkomt, loopt de temperatuur ook erg op. De
gassen zitten dus onder hoge temperatuur opgesloten en de druk loopt steeds
verder op. Je kan uitrekenen dat die op deze manier wel een paar duizend keer
de normale luchtdruk kan worden. Het karton van het rotje houdt het niet meer
en scheurt open. De gassen komen letterlijk in één klap vrij.
Waarom dat ook echt een klap
geeft is een ander verhaal. Er komt een drukgolf die je ervaart als een geluidsgolf. Je zou misschien
ook kunnen zeggen dat door de enorme druk de gassen tot boven de geluidssnelheid
versnellen en dat geeft een knal. Net zoals een straaljager die sneller dan het
geluid vliegt een knal geeft. Helemaal duidelijk is dit voor mij echter niet.
Het rotje geeft dus alleen maar een knal doordat je de druk
enorm laat oplopen door de gassen opgesloten te houden. Doe je dat niet, geef
je de gassen tijdens het ontstaan de gelegenheid te ontsnappen, dan kan je het
als een voortstuwingskracht gebruiken. Zoals in vuurpijlen gedaan wordt.
Het mengsel dat in rotjes en vuurpijlen gebruikt wordt, noem
je een sas. Een sas kan een felle verbranding geven, die van zichzelf echter niet
tot een explosie leidt. Het kenmerk is dat de verbranding zich voortplant door
de brandstof waarbij steeds een volgend gedeelte wordt aangestoken door het
reeds brandende gedeelte. Net zoals een brandende lucifer die helemaal opbrandt doordat steeds een volgend stukje hout
wordt aangestoken.
Anders wordt het als je de zuurstof en de brandstof in
hetzelfde molecuul inbouwt. Brandstof en zuurstof zijn nu op zijn dichtst bij
elkaar. Dichter bij elkaar dan zo, kan niet. Voorbeelden zijn TNT,
nitroglycerine en pentriet. De reactievergelijking voor de interne verbranding van pentriet is:
C5H8O12N4 à 4CO2 + 2N2
+ 4H2O + C
Dus ook weer veel gas. Let op dat H2O bij de hoge
temperatuur ook een gas is.
Dit soort stoffen zijn ook door
een mechanische schok of stoot aan te steken. Als het eenmaal is aangestoken
dan wordt het voortplanten van de verbranding ook en vooral te weeg gebracht
door de mechanische schok (mede bewerkstelligd door de gassen die ontstaan) die
zich voortplant door de brandstof. Aangezien dit voortplanten heel snel gaat, veel
sneller dan bij een sas en zelfs sneller dan het geluid, gaat de verbranding heel erg snel. Zo snel dat de ontstane gassen niet opgesloten hoeven te zitten om
voldoende druk op te bouwen voor een explosie. Het explodeert ook gewoon bloot. Er is
geen karton om het in te pakken nodig. Het is nóg levensgevaarlijker spul dan een
rotje.
Hoe het zit met dat boemblik is een ander verhaal.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten