Ludwig-Maximilians-Universität München
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Pyrotechnik

Strahlendes Blau

München, 11.09.2015

LMU-Chemikern ist es gelungen, blaue Pyrotechnika mit bisher unerreichter Reinheit und Strahlungskraft zu entwickeln. In ihnen sind außerdem toxische Chlorverbindungen durch weniger giftige Chemikalien ersetzt.

Kupferbromid erzeugt blaue Flammen.

Es ist ein atemberaubendes Gleißen, doch kommen blau leuchtende Feuerwerks- oder Signalraketen bisher nicht ohne hochgiftige Chemikalien aus. „Blaues Licht ist sehr schwierig herzustellen und wird traditionell durch Kupfer-Chlorid erzeugt, das bei hohen Verbrennungstemperaturen aus einer Kombination von Kupfersalzen und Perchloraten entsteht. Perchlorate sind aber für die Schilddrüse giftig, außerdem entstehen beim Verbrennen von chlorierten organischen Verbindungen weitere giftige Chlorkohlenwasserstoffe“, sagt Thomas M. Klapötke, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische Chemie und energetische Materialen an der LMU. Klapötkes Team hat nun in Kooperation mit litauischen und finnischen Wissenschaftlern eine umweltfreundlichere Alternative entwickelt, die in ihrer Strahlkraft den herkömmlichen blauen Pyrotechnika in nichts nachsteht. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von Chemistry – A European Journal.

Klapötke konnte mit seinem Team bereits in früheren Arbeiten zeigen, dass auch Kupfer-Jod-Verbindungen beim Verbrennen blaues Licht emittieren – Pyrotechnika können also auch ohne giftige Chlorverbindungen blau leuchten. „Allerdings ist es bisher nicht gelungen, beim Abbrennen von Kupfer-Jod-Verbindungen so hohe Strahlungsintensitäten zu erzeugen, wie sie etwa für blaue Signalraketen gefordert werden, an denen viele NATO-Streitkräfte großes Interesse haben“, sagt Klapötke. „Dies liegt daran, dass Jod mehr als dreieinhalb Mal so schwer ist wie Chlor und demzufolge dreieinhalb mal so viel Masse pro Zeit verbrennen müsste, um an die Kupfer-Chlorid Intensitäten heranzukommen.“

Brom erzeugt intensivere Strahlung

Nun ist den Wissenschaftlern ein entscheidender Durchbruch gelungen, indem sie statt Jod als Chlor-Ersatz erstmals Brom verwendeten, das nur etwa doppelt so schwer wie Chlor ist. „Mit einer Mischung verschiedener Kupfer-Brom-Verbindungen haben wir auf pyrotechnischer Basis blaues Licht erzeugt, das hinsichtlich seiner spektralen Reinheit und Intensität den Anforderungen für Signalfackeln entspricht“, sagt Dr. Magdalena Rusan, Wissenschaftlerin in Klapötkes Team und Erstautorin der Studie. In praktischen Tests konnten die Wissenschaftler zeigen, dass Kupfer-Chlorid und Kupfer-Bromid sehr ähnliche Emissionsspektren besitzen. Daher nehmen sie an, dass vor der Emission der blauen Strahlung wie schon länger vermutet tatsächlich das sogenannte Cu+-Ion als entscheidender angeregter Zustand gebildet wird.
Zusätzlich zu den Kupfer-Brom-Verbindungen setzen die Wissenschaftler Hexamin als Brennstoff und Ammoniumbromat als Kühlmittel ein. „Alle Komponenten unserer neuen, weniger toxischen Pyrotechnika sind leicht kommerziell zugänglich und kostengünstiger als unsere ersten alternativen Verbindungen. Dies sollte ihre praktische Anwendung erleichtern“, sagt Klapötke. „So könnte mit unseren neuen Pyrotechnika auch blaues Feuerwerk ,grüner‘, also umweltfreundlicher gemacht werden, da beim Abbrennen solcher Raketen keine giftigen Chlorverbindungen entstehen. Für die Signalraketen ist es geplant, nun Prototypen zu entwickeln und zu testen. Bis zu einem regulären Einsatz dieser Raketen wird es aber wohl noch fünf bis zehn Jahre dauern.“
(Chemistry – A European Journal 2015)