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Granate

Granate

Die Granate (ital. granata Granatapfel) ist ein mit einer Sprengladung gefülltes und mit einem Zünder versehenes Hohlgeschoss. Hohlgeschoss Hohlgeschoss Die Granate kann je nach Füllung folgende Wirkungen erzielen:
- Durchschlag
- Sprengung
- Splittern (Brisanzgranate)
- Brandauslösung (Brandstoffe z. B. Thermit, Napalm, Phosphor)
- Giftwirkung (Biologisch, Chemisch)
- Radioaktivität
- Blendung Wird die Granate aus einem gezogenen Rohr (z. B. bei einer Kanone) verschossen, so hat sie Führungsringe zur Aufnahme des Dralls. Diese sind meist aus Kupfer oder Messing; selten wird, wie zum Beispiel bei dem deutschen Parisgeschütz, Stahl verwendet. Geschosse für Granatwerfer sind meist flügelstabilisiert. Raketengetriebene Granaten werden von einem Werfer aus abgefeuert. Diese Werfer haben den Vorteil, dass sie tragbar sind. Handgranaten oder auch Wurfgranaten sind Hohlgeschosse kleineren Kalibers und geringen Gewichts (bis 1 kg), welche mit der Hand geworfen werden. Granaten können auch mit einem Granataufsatz von Gewehren (Anbau-Granatwerfer), mittels spezieller Granatpistolen oder Granatgewehren verschossen werden. Üblicherweise hat diese Munition ein von der NATO standardisiertes Kaliber. Neben der einfachen Sprenggranate gibt es spezielle Anordnungen der Wirkladung, um eine höhere Effektivität gegen bestimmte Ziele zu erreichen. Beim inneren Aufbau kann die Effektivität gegen bestimmte Ziele z. B. durch eine Hohlladung vergrößert werden. Beim äußeren Aufbau, also dem Mantel, ist dieser meist aus Stahl und vorfragmentiert, um eine möglichst hohe Splitterwirkung zu erzielen. Der Sprengstoff wird heutzutage meist von vorne eingebracht. Auf diese Weise kann man die Granate mit einem geschlossenen Boden fertigen, was ein Durchschlagen der Verbrennungsgase der Treibladung zuverlässig verhindert. Die Innenseite der Geschosshülle wird meist lackiert, um zum einen eine zuverlässige Haftung zwischen Sprengstoff und Hülle zu gewährleisten und zum anderen unerwünschte chemische Reaktionen zwischen Hülle und Sprengstoff auszuschließen. Eine 155 mm Sprenggranate enthält beispielsweise 7 kg Sprengstoff bei 42 kg Gesamtgewicht. Übertrifft der Sprengstoffanteil 20% des Gesamtgewichtes, so spricht man auch von Minengranaten. Diese enthalten einen Sprengstoffanteil von bis zu 35%. Dadurch erhöht sich die Wirkung des Gasschlages, allerdings sinkt die Durchschlagsleistung und die Splitterwirkung, auf Grund des geringeren Geschoßgewichtes ist die Genauigkeit auf größere Entfernungen jedoch schlechter. Der Name 'Granate' leitet sich tatsächlich vom Granatapfel ab. Die ersten Handgranaten, die im Mittelalter verwendet wurden, hatten eine dem Granatapfel sehr ähnliche Form. Diese bestanden ebenfalls aus einem hohlen Metallkörper, der mit Schwarzpulver gefüllt war, jedoch wurden sie mit einer Lunte gezündet. Der Nutzen einer solchen Waffe im Mittelalter bestand hauptsächlich darin, dass man sie über eine Festungsmauer werfen konnte und somit relativ gefahrlos den Feind im Inneren einer Burg vor deren Erstürmung ausschalten konnte. siehe auch: Brisanzgranate, Handgranate, Granatwerfer Kategorie:Waffe Kategorie:Explosionswaffe

Granatapfel

Der Granatapfel oder Grenadine (Punica granatum) gehört zur Familie der Weiderichgewächse (Lythraceae). Im Mittelmeerraum, beispielsweise im Iran, in Ägypten, in Spanien, Tunesien, Israel und der Türkei, wird der Granatapfel seit Jahrhunderten kultiviert (siehe auch Gartenkunst) und in den Monaten September bis Dezember geerntet. In Indien wird der Granatapfel auch als Gewürz angebaut. Vermutlich liegt die Heimat des Granatapfels in Persien. Granatäpfel wurden als Grabbeigabe in einer Grabkammer eines hohen ägyptischen Beamten aus der Zeit Ramses IV. gefunden. Die Bezeichnung des Granatapfels ist in vielen Sprachen auf das lateinische Wort für Kerne oder Körner, granae, bzw. auf deren große Zahl (lat. granatus = körnig, kernreich) zurückzuführen. Den lateinischen Namen Punica hat er bekommen, da die Phönizier (auch Punier genannt) diese Pflanze, zum Teil aus religiösen Gründen, verbreitet haben. So kam er ins römische Reich, wo er "getauft" wurde. Aufgrund seiner zahlreichen Kerne wurde der Granatapfel als ein Symbol der Fruchtbarkeit angesehen.

Die Frucht

Die Frucht, die in Wirklichkeit eine Scheinfrucht ist, hat einen Durchmesser von bis zu ca. 8 cm und ist durchzogen von vielen Wänden. Dadurch entstehen Kammern, in denen sich zahllose bis zu 3 mm große kantige Samen befinden, die von geleeartigem, saftigem, tiefrotem bis blassrosa Fruchtfleisch umgeben sind. Diese kann man entweder mit den Fingern oder mit der Hilfe eines Löffels gut herauslösen und sogleich verzehren oder Süßspeisen und Eis damit dekorieren. Der Granatapfel enthält größere Mengen, bis zu 40 Prozent, Ellagsäure. Er ist reich an Kalium und enthält u. a. Vitamin C, Kalzium und Eisen.

Der Granatapfelbaum

Eisen Eisen Eisen Eisen Der Granatapfelbaum selbst kann bis zu 5 m hoch und einige hundert Jahre alt werden. Er wird bis zu 3 m breit und hat an der Spitze stumpfe, 10 cm lange, glänzende Blätter. Im Frühjahr und Sommer trägt er an den Zweigenden große, trichterförmige, achtzählige, orangerote Blüten, gefolgt von den apfelähnlichen, anfangs grünen, später orangeroten Früchten. Der Zwerggranatapfelbaum Punica granatum var nana ist ein Strauchgewächs, welches nur etwa 40 cm hoch wird.

Der Granatapfel in den Religionen

Erwähnung in der Bibel

Die Frucht wird auch mehrfach im Alten Testament der Bibel erwähnt. Der Granatapfel soll 613 Kerne haben, genauso viel wie das Alte Testament Gesetze enthält. Granatäpfel waren laut der Schilderung im 2. Buch Mose 28,33f Teil des Efods des Hohepriesters, dessen Anfertigung Gott den Israeliten befohlen haben soll. Der erste König Israels, Saul, wohnte nach 1. Samuel 14,2 zeitweilig unter einem Granatapfelbaum. Im Hohelied Salomos wird das Wort Granatapfel mehrere Male verwendet, um die Schönheit einer Frau zu untermalen. Schließlich findet sich der Granatapfelbaum noch bei den Propheten Joel (Joe 1,12) und Haggai (Hag 2,19).

Erwähnung in der griechischen Mythologie

Im antiken Griechenland wurde der Granatapfel den Gottheiten der Unterwelt, Hades und Persephone, zugeschrieben. Der Unterweltgott Hades stiehlt Persephone von ihrer Mutter Demeter und entführt sie in die Unterwelt. Göttervater Zeus beschließt, dass das Mädchen zurück zur Mutter darf, aber nur, wenn sie in der Unterwelt nichts gegessen hat. Kurz vor ihrer Rückkehr drückt Hades sechs Granatapfelkerne in ihren Mund. Da sie nun doch etwas in der Unterwelt gegessen hat, muss sie ein Drittel des Jahres in der Unterwelt mit Hades regieren und darf die anderen zwei Drittel mit ihrer Mutter Demeter verbringen, die in dieser Zeit für Blumen und Frucht sorgt. Es war auch ein Granatapfel, den der Trojaner Paris der schönen Aphrodite überreichte und damit einen jahrezehntelangen Krieg auslöste.

Der Granatapfel in der Symbolik

Der Granatapfel symbolisiert in der christlichen Symbolsprache die Kirche als Ekklesia, als Gemeinschaft der Gläubigen. Sie ist außerdem auch Symbol des Priesterstandes, weil er in seiner harten Schale (= Askese des Priesterstandes) reiche Frucht trägt. Aufgrund dieser Symbolik taucht der Granatapfel in zahlreichen mittelalterlichen Tafelgemälden auf. So spielt zum Beispiel auf der von Matthias Grünewald 1517/1519 geschaffenen Stuppacher Madonna das Jesuskind mit dem Granatapfel, dem ihm seine Mutter reicht. Damit ist die Frucht der Schlüssel zur der mit diesem Gemälde verbundenen Aussage, dass Maria die Mutter der Kirche sei.

Sonstiges

Der Granatapfel hat sowohl der spanischen Stadt Granada (die umliegende Landschaft ist heute noch ein wichtiges Anbaugebiet), als auch der Granate und dem scharlachroten Halbedelstein Granat den Namen gegeben. Er ist auch Bestandteil des Stadtwappens von Granada. Der angeblich auf der Flagge von Granada abgebildete Granatapfel ist tatsächlich eine Muskatnuss. Schale und Saft des Granatapfels sind seit Jahrhunderten Farbstoffe für Orientteppiche. Durch das Kochen der Frucht erhält man eine pechschwarze Tinte. Die Wurzel, die Rinde und die gekochte Schale wurden bis ins Mittelalter als Wurm- und Bandwurmmittel eingesetzt. Grenadinsirup, also Sirup der einst ausschließlich aus Granatäpfeln der Karibikinsel Grenada hergestellt wurde, gibt dem Tequila Sunrise (und verschiedenen anderen Cocktails) seinen fruchtigen Geschmack und seine rote Färbung. Das Fruchtfleisch oder der Saft des Granatapfels werden in der feinen Küche gerne zur Verfeinerung von Wild- oder Geflügelgerichten verwendet. Kenner genießen den Saft des Granatapfels auf folgende ursprüngliche Art: zunächst wird die Schale weich geknetet, dann ein Loch in die Frucht gestochen und anschließend wird der Saft direkt in den Mund gepresst.

Siehe auch


- Portal:Essen & Trinken
- Portal:Bibel

Weblinks


- [http://www.giftpflanzen.com/punica_granatum.html Inhaltsstoffe des Granatapfelbaums]
- [http://granatapfel.twoday.net Sagen, Rezepte und vieles mehr rund um den Granatapfel]
- [http://www.fruitlife.de/inside.php?in=encyclopedia/grenade-de.htm Ausführliche Infos über Granatäpfel bei fruitlife.de]
- [http://www.obst-gemuese.at/product/pages/granatapfel.htm Infos über die Frucht bei www.obst-gemuese.at]
- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/257844.html www.wissenschaft.de: Mit Granatäpfeln gegen Prostatakrebs] - Forscher weisen vorbeugende Wirkung des Fruchtsafts bei Mäusen nach Kategorie:Baum Kategorie:Bedecktsamer Kategorie:Obst ja:ザクロ

Sprengladung

Sprengladungen sind militärische Sprengstoffe und bestehen meist aus einem der folgenden Stoffe:
- TNT (Trinitrotoluol)
- PETN (Nitropenta)
- RDX (Hexogen) Sprengstoffe sind Explosivstoffe die mit hoher Detonationsgeschwindigkeit (6500 bis 9000 m/s) explodieren. Durch diese schnelle Energieabgabe wirken sie auf ihre Umgebung zerstörend.

Anwendung

Sprengstoffe werden häufig dazu benutzt, Hindernisse zu zerstören, um den dahinter bzw. daneben befindlichen Raum zu gewinnen. Sie werden daher zum Beispiel im Bergbau oder auch zum Aufsprengen von Türen oder Mauern durch Polizei oder Militär verwendet. In Splitterhandgranaten beispielsweise dienen sie aber dem möglichst großräumigen Zerstreuen von Metallsplittern (die sich vorher in einem geschlossenen Mantel um die Sprengladung befanden), die wiederum durch ihre hohe Geschwindigkeit und dem damit verbundenen Impuls den menschlichen Körper durchschlagen und die betroffene Person töten sollen.

Siehe auch


- Bombe Kategorie:Militärtechnik

Hohlgeschoss

Die Hohlladung ist eine spezielle Anordnung von brisantem Sprengstoff, (oft auf Nitropenta- oder Hexogen/Oktogenbasis) um eine kegel- oder halbkugelförmige Metalleinlage, die sich besonders zum Durchschlagen von Panzerungen eignet. Sie wird dementsprechend in Panzermunition, Panzerabwehrwaffen und Bomblets eingesetzt.

Funktionsweise

Eine kegelförmige Metalleinlage (z.B. Kupfer – allgemein gilt: je höher die Dichte, desto effektiver, da sie linear eingeht) mit nach vorn gerichteter Öffnung wird mit möglichst brisantem Sprengstoff umgeben. Der Zünder sitzt an der Rückseite der Ladung. Wird die Ladung gezündet, so bildet sich – von der Spitze des Metallkegels ausgehend – ein Stachel aus kalt verformtem Metall, der mit sehr hoher Geschwindigkeit das Ziel durchdringt, gefolgt von einem langsameren "Stößel", der die Hauptmasse bildet. Entgegen der landläufigen Ansicht erreicht das Material nicht den Schmelzpunkt. Es handelt sich um eine reine Kaltverformung bei sehr hohen Drücken. Dem steht nicht die Beobachtung aus der Praxis entgegen, dass der Einsatz von Hohlladungen häufig mit Feuer und Bränden einhergeht. Das ist ein Sekundäreffekt durch an der Luft oxidierendes, druckverflüssigtes Target-Material. Auch Stahl kann unter diesen extremen Umständen verbrennen. Dichte Die Erzeugung dieses Metallstrahls wird durch eine geometrisch-dynamische Eigenheit bei Detonationen von Hohlladungen möglich, gemäß der sich die Detonationsfront als Stoßwelle mit Überschallgeschwindigkeit ausbreitet und die Metalleinlage quasi in einem Brennpunkt – genauer: auf einer Achse – zur Wechselwirkung gebracht wird (Zeichnung B). Dabei lösen sich vom entstandenen Stachel einzelne, "Spindeln" genannte Partikel, die dann nach und nach auf das Target hoch energetisch einwirken. So entsteht bei hinreichender Präzision der Anordnung ein Kanal von kleinen Lunkern. Die mit Unterschallgeschwindigkeit nachströmenden Explosionsgase sind für den Effekt irrelevant. Die Geschwindigkeit des Stachels ist abhängig von der Brisanz des Sprengstoffs und vom Kegelwinkel der Metalleinlage. Je spitzer, desto höher die Geschwindigkeit des Stachels, aber desto geringer seine Masse im Verhältnis zum Stößel, sodass in der Praxis ein Kompromiss erforderlich ist. Nach Pokrowski (siehe Literaturverzeichnis) wurden unter Laborbedingungen Geschwindigkeiten um 100 km/s erreicht, was aber wegen des Aufwandes (u.a. Expansion in Vakuumkammern) für gewerbliche und militärische Zwecke keine Bedeutung hat. Dichte Da die Detonationsfront allein keine große Penetrationskraft hätte, wird die Oberfläche der Hohlladung, wie oben geschildert, mit einer Metalllage versehen. Das Metall wird bei der Detonation durch den Druck kalt verformt und zur Längsachse des Kegels geschleudert. Dort trifft das Metall aufeinander und bildet einen kumulativen Metallstrahl. Detonation Die Spitze dieses Strahls bewegt sich mit sehr hoher Geschwindigkeit. Bei militärischen Systemen liegt diese Geschwindigkeit im Bereich von etwa 7 km/s bis 10 km/s. Trifft dieser Strahl auf ein Hindernis, entsteht ein extrem hoher Druck. Bei einer Strahlgeschwindigkeit um 10 km/s liegt der Druck in der Größenordnung von 200 GPa (ca. 2 Mio. Atmosphären). Bei diesem Druck verhalten sich Festkörper wie Flüssigkeiten, sodass der Metallstrahl nach Gesetzmäßigkeiten der Hydrodynamik das Hindernis wie eine Flüssigkeit durchdringt, was die Durchschlagsleistung von Hohlladungen begründet. Durchschlägt eine Hohlladung die Panzerung eines Fahrzeuges, können der explosionsartig eindringende Metallstrahl und Splitter der Panzerung den Treibstoff oder die Munition entzünden und die Besatzung töten. Die Öffnung, die ein solcher Strahl hinterlässt, ist wesentlich kleiner als das Kaliber des ursprünglichen Geschosses. Hydrodynamik Hydrodynamik Hydrodynamik Hydrodynamik Da der kumulative Strahl etwas Raum benötigt, um sich zu entwickeln, besitzen Hohlladungen oft eine lang gestreckte ballistische Haube, durch welche die Ladung in ausreichendem Abstand durch Aufschlagzündung gezündet werden kann. Wegen der hohen Geschwindigkeit des kumulativen Strahls ist die Fluggeschwindigkeit des mit der Hohlladung bestückten Geschosses zweitrangig. Daher werden hauptsächlich relativ langsame, teils reaktive (rückstoßfreie) Geschosse mit Hohlladungen versehen, wodurch das Gewicht des Abschussgerätes gering gehalten werden kann (z.B. Bazooka oder auch Panzerfaust). Wird das Geschoss mittels Drall stabilisiert, so nimmt die Durchschlagsleistung stark ab. Der Grund ist, dass durch die Zentrifugalkraft der Strahl aufgeweitet wird und daraus eine größere Auftrefffläche mit niedrigerem spezifischen Druck resultiert. Aus diesem Grund werden die meisten Hohlladungsgeschosse flügelstabilisiert. Eine andere Möglichkeit ist, das Geschoss mit einem die Führungsringe tragenden Drallmantel zu versehen. In diesem ist der Ladungsträger auf Kugellagern platziert, sodass auf die Ladung ein viel geringerer Drall übertragen wird. Durchschlagsleistung einiger ausgewählter Systeme mit Hohlladung:
- Panzerabwehrlenkflugkörper MILAN (Deutschland/Frankreich): 1000 mm Panzerstahl
- RPG 7 (Panzerfaust, ungelenkt, ehemalige Sowjetunion/GUS): 330 mm Panzerstahl
- Panzerfaust 3 (ungelenkt, Deutschland): 700 mm Panzerstahl
- APILAS Waffensystem (gelenkt, Frankreich): 710 mm Panzerstahl, 2000 mm Stahlbeton
- AT-14 Kornet Waffensystem (gelenkt, Russland): 1200 mm Panzerstahl

Weitere speziell geformte Sprengladungen

Nach dem Hohlladungsprinzip werden auch so genannte Schneidladungen gefertigt, die nicht kegelförmig, sondern v-förmig über eine gewisse Länge ausgebildet sind. Bei ihnen entsteht kein punktförmiger Strahl, sondern über die ganze Länge einer Art "Faden" aus Metall, der durch das Material dringt. Damit ist es möglich, z.B. Stahlträger mit relativ geringem Aufwand an Sprengstoff über die gesamte Breite zu zerschneiden. Schneidladungen kommen in erster Linie bei zivilen Abbruchprojekten zum Einsatz. Panzerfaust 3 Panzerfaust 3 Ein Plane-Wave-Generator ist eine kegelförmige Ladung aus zwei verschiedenen Sprengstoffen, die als Kontaktladung zur Erzeugung eines planen Schlags bei Belastungsversuchen verwendet wird. Die Detonationsgeschwindigkeit des Kegelmantels (1) (z.B. Composition B, gegossen, 39 % TNT + 60 % RDX + 1% wax) , v1 = 7980 m/s) ist größer als die des Innenkegels (2) (z.B. TNT, gegossen, v2 = 6930 m/s). Der Öffnungswinkel des Kegels ergibt sich aus cos(\alpha) = \frac .

Anwendung

Die Panzerfaust und die Faustpatrone der deutschen Wehrmacht waren rückstossfrei aus einem Einwegrohr abzufeuernde Hohlladungsgranaten, die im II. Weltkrieg ab 1942 zur Panzerbekämpfung eingesetzt wurden. Die RPG-7 (Ruchnoy Protivotankoviy Granatomet-7), in den 1950er Jahren entwickelt und erstmals 1961 von den sowjetischen Streitkräften eingesetzt, ist eine von der Schulter abgefeuerte, raketengetriebene Hohlladungsgranate mit einer Einsatzreichweite bis 500 m und einer Durchschlagleistung von bis zu 600 mm Panzerstahl. Die Granaten wiegen je nach Type zwischen 1,8 kg bis 4,7 kg bei Kalibern von 70 - 105 mm. Neuere Entwicklungen mit Tandem-Gefechtskopf sind auch gegen Reaktiv- und Schichtpanzerung wirksam. Die RPG-7 ist heute in Asien, Afrika, Lateinamerika, in den arabischen Ländern sowie in Ost- und Südosteuropa bei Streitkräften, Milizen und Terrorgruppen verbreitet, wird in vielen Ländern auch ohne Lizenz gefertigt und ist bei internationalen Waffenhändlern zum Stückpreis von ein paar hundert Dollar erhältlich. Sie ist eine Gefahr auch für modernste Panzer und Hubschrauber in Bodennähe. Siehe auch: Panzermunition, Waffen

Literatur


- MRJK, The chemistry and geometry of shaped charges - including numerical modelling
- Ian Hogg, Waffen und Gerät Band 4: Infanterieunterstützungswaffen, Motorbuchverlag
- G.I. Pokrowski, Explosion und Sprengung, BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft Kategorie:Waffe

Brisanzgranate

] Die Brisanzgranate (franz. brisant : zerbrechend, zertrümmernd) bezeichnet eine Splitter - oder Splittersprengranate mit einem Zünder, der die Detonation der Granate in einer bestimmten Höhe in der Luft über der Zielfläche sichert. Sie wurde in den Jahren um 1880 erstmals entwickelt und führte zur so genannten Brisanzgranatenkrise. Man spricht auch in diesem Zusammenhang vom "Schießen mit hochgezogenem Sprengpunkt". Bei der Detonation der Brisanzgranate auf einem vorgegebenen Punkt der Flugbahn vergrößert sich die Splitterwirkung: die bekämpfte Fläche wird durch eine Garbe von Splittern bedeckt, deren Vernichtungskraft infolge der Addition der Fluggeschwindigkeit der Granate und der den Splittern durch die Sprengladung verliehenen Geschwindigkeit wächst. Brisanzgranaten werden wie folgt eingesetzt:
- für die Schaffung von Lufteinschießpunkten
- für das Einschießen
- für die Zieleinweisung
- für die Zielbekämpfung in solchen Fällen, wenn das Schießen mit Aufschlagzündern(Splitterzünder und Abprallerschießen) wenig effektiv ist. Die Effektivität der Bekämpfung durch Brisanzgranaten hängt im wesentlichen ab von(m)
- Typ und Kaliber
- Typ des Zünders
- der Größe der Sprengladung
- Fallwinkel der Granate
- der Detonationshöhe Am wirkungsvollsten ist das Schießen mit Brisanzgranaten und Funkmeßzünder aus Artilleriegeschützen unter großen Erhöhungswinkeln auf Ansammlungen von abgesessener Infanterie bzw. leichtgepanzerten Verbänden mit MTWs, die offen oder in offenen Stellungen (wie z.B. Gräben ohne Unterstände), an Hinterhängen von Höhen (Hinterhanglage), in Geländefalten (leichten Schluchten) sind, sich in Wartestellung befinden oder in Übergangsbewegung an Wasserflächen (Stränden, Umgebung von Brücken u.a.) operieren. Dabei wird maximale oder eine ihr nahekommende Treibladung gewählt, wodurch eine minimale Höhenstreuung gesichert wird.

Brisanzgranatenkrise

Die Brisanzgranate konnte durch ihre enorme Sprengwirkung auch die stärksten Festungswälle durchbrechen. Somit wurden auf einen Schlag alle Festungsbauten (Zitadellen) für militärische Zwecke unbrauchbar. Auch ein Verstärken der vorhandenen Festungen (z.B. mit Stahlarmierungen) brachte wenig. Die Entwicklung der Brisanzgranate im 19. Jahrhundert könnte man mit der Entwicklung der Atombombe im 20. Jh. vergleichen - alle bis dahin militärischen Taktiken wurden völlig ausgehebelt; man fragte sich, ob Kriege überhaupt noch möglich waren. Dieses führte zur sog. Brisanzgranatenkrise, etwa von 1880-1890.

Kurioses

Der deutsche Generalstab beschloss 1882, die Wirkung der Brisanzgranate zu testen und ließ dazu ein so genanntes Modellfort im Park von Sanssouci in Potsdam bauen. Kategorie:Explosionswaffe

Napalm

Napalm ist ein gelförmiger Brandstoff (engl. incendiary gel), der als Kriegswaffe eingesetzt wurde. Es bestand aus Benzin und einem speziellen Verdickungsmittel (engl.thickener, fuel thickener). Durch die Gelierung wird erreicht, daß der Brandstoff als zähe, klebrige Masse am Ziel haftend eine optimale Brandwirkung entwickelt. Bereits kleine Spritzer verursachen sehr starke, schlecht heilende Verbrennungen auf der Haut. Napalm wurde für Brandbomben, Brandmunition, Flammenwerfer und andere Kriegszwecke eingesetzt.

Zusammensetzung

Napalm besteht zum Großteil aus Benzin. Durch Beimischung eines Pulvers aus Aluminiumsalzen von Naphthensäuren und Palmitinsäure (daher: "Napalm") als langsam verbrennende Stoffe wird es zu einer seifen- bzw. gelartigen Substanz. Es wird somit manchmal auch von Napalm-Gel gesprochen. Die Menge des Pulvers beeinflusst die Brenneigenschaft und ist bei Flammenwerfern und Bomben unterschiedlich dimensioniert. Napalm-B, eine später entwickelte Variante des Napalm, besteht aus 21% Benzol, 33% herkömmlichem Benzin (Otto-Kraftstoff) und 46% Polystyrol ("Styropor"). Es brennt heißer und länger als herkömmliches Napalm und entwickelt einen charakteristischen Geruch bei der Verbrennung. Je nach Rezeptur erreicht Napalm eine Verbrennungstemperatur von ca. 1200°C. Spezielle Zusätze, wie weißer Phosphor oder auch feines Metallpulver, wie Magnesium oder Aluminium, haben zur Folge, dass Napalm erst aufhört zu verbrennen, wenn der umliegende Sauerstoff aufgebraucht ist.

Chemische Grundlagen

Napalm ist ein granularer Feststoff, der sich leicht in Benzin auflöst und rasch ein transparentes, sehr klebriges und zähes Gel ergibt. Napalm besteht aus Aluminiumseifen, Al(OH)(OOCR)(OOCR'), insbesondere den Aluminiumsalzen der Naphthensäure und Palmitinsäure, welche durch freie Säure, Wasser und anorganische Stoffe verunreinigt sind. Napalm wurde hergestellt durch gemeinsame Abscheidung von Aluminiumhydroxid, Naphthensäure und Palmitinsäure [57-10-3]. Naphthensäuren sind ein technisches Gemisch aus alkylierten Cyclopentan- und Cyclohexansäuren, gewonnen durch alkalische Extraktion von Erdöl und Ansäuern der erhaltenen Lösung. Palmitinsäure kann durch Verseifung von z. B. Kokosöl hergestellt werden und ist als Natriumsalz ein Bestandteil von Seifen. Nach einem neueren U.S.-Patent wurde Benzin (Kerosin) mit Hydroxylaluminium-bis(2-ethylhexanoat) [30745-55-2] und einem nichtionischen Tensid oder Wasser geliert. Die Eigenschaft von brennendem Napalm, am Ziel zu kleben, rührt von der hohen Viskosität der Zusätze her. Die langen Kohlenstoffketten bewirken, dass sich Napalm nur sehr schlecht mit Wasser ablösen lässt. Napalm gehört zu den Brandstoffen auf Ölbasis. Es gibt zwei Sorten:
- Oil-based incendiary agents of the Al-soap type (Öl-basierter Brandsatz auf Basis von Aluminumseifen: Napalm)
- Oil-based incendiary agents of the polymer type (Öl-basierter Brandsatz auf Basis von Kunststoffen: Napalm-B)

Geschichte

Das Prinzip einer anhaftenden, langsambrennenden Brandmasse wurde das erste Mal im frühen Mittelalter in Form des Griechischen Feuers verwirklicht. Die Rezeptur für Napalm wurde 1942 an der Harvard-Universität entwickelt. Das Gemisch wurde während des 2. Weltkrieges durch die Alliierten gegen Städte in Japan, Deutschland (s. Feuersturm) und später durch die USA sehr massiv im Koreakrieg sowie im Vietnamkrieg eingesetzt. Vietnamkrieg

Ächtung durch die UN

Der Gebrauch von Napalm und anderen Brandwaffen gegen die Zivilbevölkerung wurde durch eine UN-Konvention 1980 verboten. Die USA traten dem Vertrag nicht bei, haben allerdings nach eigenen Angaben ihr Arsenal im Jahr 2001 zerstört. Dies wurde bezweifelt, als die USA während des 3. Golfkrieges 2003 ihr Waffensystem MK77 einsetzten, das ein dem Napalm ähnliches Gemisch enthält. Das Pentagon verteidigte den Einsatz dieser Brandbomben damit, dass MK77 ein Gemisch mit Kerosin enthalte und nicht als Napalm zu klassifizieren sei. Die verwendeten Substanzen seien zwar "bemerkenswert ähnlich", jedoch verursache die auf Kerosin basierende Substanz "weniger Umweltschäden".

Literatur


- L.F. Fieser et al.: Ind. Eng. Chem. 38, 768 (1946)
- Leo Finkelstein: J. Phys. & Colloid Chem. 52, 1460-70 (1948) ("Rheological properties of incendiary gels")
- K.J.Mysels: Ind. Eng. Chem. 41, 1435 (1949)
- Anonymus: Chem. Eng 58, No. 11, 162-3 (1951) (Description of the Cleveland plant of Ferro Chem. Co for production of napalm)
- A.P. 2,763,621 (12/7/1951 ; 9/18/1956) to Pfister Chemical Works Inc.

Siehe auch


- Agent Orange

Weblinks


- [http://www.thehandstand.org/archive/september2003/articles/napalm.htm Napalm]
- Napalm im Koreakrieg: http://www.taz.de/pt/2004/12/10.nf/mondeText.artikel,a0034.idx,8
- Information über verschiedene Brandmittel: http://www.feuerwehr-halle.de/Feuer/Krieg/krieg.html
- [http://www.blogtelevision.net/index.php?search=fallujah_ING.wmv&p=4&x=0&y=0 Napalm im Krieg der US Armee (30 min.Video, engl.)] Kategorie:Chemiewaffe Kategorie:Zweiter Weltkrieg Kategorie:Koreakrieg Kategorie:Vietnamkrieg ja:ナパーム弾

Phosphor

Phosphor (von griechisch φως-φορος = lichttragend, vom Leuchten des weißen Phosphors) ist ein chemisches Element mit dem Symbol P und der Ordnungszahl 15. Phosphor ist eines der Grundelemente der organischen Chemie und als Mineralstoff Baustein jedes lebenden Organismus.

Geschichte

Phosphor wurde 1669 von Hennig Brand, einem deutschen Apotheker und Alchemisten, entdeckt, als dieser - auf der Suche nach dem "Stein der Weisen" - Urin destillierte und der Rückstand glühte. Obwohl Phosphor zu dieser Zeit noch keine Verwendung außer als Nachtlampe fand, wurde es mit Gold aufgewogen. Henning Brand wurde durch diese Entdeckung nicht reich und verkaufte das Herstellungsrezept an einen Alchemisten, der hiermit ein Vermögen machte.

Vorkommen

In der Natur kommt Phosphor ausschließlich in gebundener Form, das heißt nicht gediegen, meist in Form der Phosphate in der Erdkruste vor (Gehalt in der Erdkruste: ~ 0,11 %). Typische Mineralien sind etwa die Apatite Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). Besonders der Fluorapatit und der mit Calciumcarbonat durchsetzte Phosphorit stellen ökonomisch die wichtigsten Phosphate dar. Darüber hinaus gibt es weitere phosphorhaltige Mineralien, wie beispielsweise den Wavellit Al3(PO4)(F,OH) · 5 H2O, den Vivianit Fe3(PO4)2 · 8 H2O und den Türkis CuAl6[(PO4)(OH2)]4 · 4 H2O. Von den weltweit jährlich geförderten etwa 100 Millionen Tonnen an Rohphosphaten werden etwa 90 % zur Herstellung von Düngemitteln verwendet. Phosphor hat auch in der organischen Welt eine wichtige Bedeutung und kommt in verschiedensten Bereichen der Fauna und Flora vor: Etwa als Hydroxyapatit Ca5(PO4)3OH, welcher einer der Hauptbestandteile der Gerüstsubstanz ist, die in Knochen und Zähnen vorkommt. Weiterhin spielen Phosphate als Bestandteile der Nukleinsäuren und als Energieträger, wie z. B. ATP, eine wichtige Rolle in lebenden Organismen.

Gewinnung und Darstellung

In elektrischen Lichtbogenöfen wird Calciumphosphat in Form der Mineralien Phosphorit oder Apatit bei 1400 °C mit Koks und Quarzsand zu weißem Phosphor umgesetzt. Der im Koks enthaltene Kohlenstoff wirkt dabei als Reduktionsmittel und das Siliciumdioxid des Quarzes dient als Schlackenbildner. Der beim Prozess gasförmig anfallende Phosphor wird kondensiert und unter Wasser gesammelt. \mathrm Weißen Phosphor kann man im Labor durch Erhitzung von rotem Phosphor unter Ausschluss von Sauerstoff herstellen.

Eigenschaften

Phosphor kommt in allen Oxydationsstufen zwischen -3 und +5 und den Koordinationszahlen 1-6, meist 3 bis 4, vor. Es ist also ein außerordentlich variables Element.

Gasförmiger Zustand

Siliciumdioxid Im Phosphordampf überwiegen unterhalb von 1200 °C P4-Tetraeder als kleinste molekulare Einheiten. Der Dissoziationsgrad beträgt bei 800 °C ~ 1 %. Zwischen 1200 und 2000 °C überwiegen P2-Moleküle mit stickstoffanaloger Valenzelektronenstruktur, oberhalb von 2000 °C dissoziieren diese schließlich zu atomarem Phosphor.

Modifikationen

Dissoziationsgrad Phosphor tritt in vier allotropen Modifikationen auf, als weißer, roter, schwarzer und violetter Phosphor. Jede dieser vier Grundtypen bildet verschiedene Kristallstrukturen und hat damit unterschiedliche Reaktivität und Dichte.

Weißer Phosphor

Weißer Phosphor ist die flüchtigste und reaktivste Modifikation des Phosphors. Er besitzt eine Dichte von 1,82 g/cm3, einen Schmelzpunkt von 44,1 °C, einen Siedepunkt von 280 °C und ist durchscheinend und wachsartig. Verunreinigt wird der weiße Phosphor auch als gelber Phosphor bezeichnet. Der kubische weiße Phosphor ist in Phosphortrichlorid und Kohlenstoffdisulfid CS2 sehr leicht löslich; 100 g Kohlenstoffdisulfid lösen mehr als 1 kg Phosphor. In Tetrachlorkohlenstoff, Benzol oder Ether ist Phosphor schwach löslich. Bei -77 °C geht die kubische Form (α-Form) in eine hexagonale Form (β-Form) über. In jeder Form (α-, β-, in Lösung) bildet weißer Phosphor P4-Tetraeder mit einem Bindungswinkel von 60°. In fein verteiltem Zustand entzündet sich weißer Phosphor von selbst, ab etwa 50 °C entzünden sich auch kompakte Stücke und verbrennen an der Luft zu Phosphor(V)-oxid. \mathrm \mathrm An Luft kann weißer Phosphor ein hellgrünes Leuchten erzeugen. Dieses entsteht durch den im weißen Phosphor vorhandenen hohen Dampfdruck und somit in der Umgebung vorhandenes gasförmiges P4, das wiederum durch Gasphasenoxidation über P4O6 zu P4O10 entsteht (Chemolumineszenz). Meist in heftiger, exothermer Reaktion verbindet sich Phosphor mit Halogenen, Metallen oder Schwefel. Die hieraus entstehenden Verbindungen sind Phosphorsulfide, Phosphor(III)- oder Phosphor(V)-Verbindungen sowie Phosphide. Unter Einwirkung von starken Laugen bei hoher Temperatur disproportioniert Phosphor zu Phosphin und Hypophosphid. Allgemein wirkt weißer Phosphor stark reduzierend. Weißer Phosphor ist hochgiftig, bereits 50 mg sind tödlich. Der Tod tritt erst nach 5 bis 10 Tagen ein, die Giftwirkung beruht auf einer Störung der Eiweiß- und Kohlenhydratsynthese. Als Füllung für Brandbomben setzten die Engländer im Zweiten Weltkrieg ein Gemisch aus weißen Phosphor und Kautschuk ein. Durch den Kautschuk klebt die zähflüssige Masse und verursacht bei den Opfern auf der Haut schlecht heilende Wunden. Auch heute werden an der Ostsee noch Munitionsreste angespült, da diese nach dem Krieg von den Alliierten in der Ostsee entsorgt wurden. Heutzutage wird Weißes Phosphor in Nebelgranaten verwendet, da sich damit schnell große Nebelwände erzeugen lassen. WP-Granaten wurden von den USA im Irakkrieg in Falludscha eingesetzt um Aufständische aus gut geschützten Stellungen zu treiben um sie dann mit anderen Waffen bekämpfen zu können. Diese Art des Einsatzes ist allerdings umstritten, da durch den Einsatz von Weißem Phosphor in der Stadt viele Zivilisten verbrannten.

Schwarzer Phosphor

Die bei Zimmertemparatur stabilste Modifikation existiert in einer amorphen und drei kristallinen Formen. Schwarzer Phosphor ist aufgrund seiner polymeren Form unlöslich, fast unbrennbar, sehr reaktionsträge und besitzt eine Dichte von 2,69 g/cm3. Das dem schwarzen Phosphor zugrundeliegende Kristallgitter besteht aus gewellten Doppelschichten, in dem die Phosphoratome pyramidal mit drei weiteren in der Nachbarschaft befindlichen Phosphoratomen in einem Bindungswinkel von 100° verbunden sind. In dieser Konfiguration besitzt Phosphor Halbleitereigenschaften. In feuchter Luft oxidiert schwarzer Phosphor etwas schneller als roter Phosphor, überzieht sich dabei aber mit einer farblosen, viskosen Flüssigkeitshaut aus Phosphorsäuren, so dass der weitere Sauerstoffzutritt verhindert und eine Entzündung erschwert wird. Schwarzer Phosphor entsteht unter hohem Druck aus weißem oder rotem Phosphor und unterscheidet sich durch seine Farbe stark von den vorgenannten.

Roter Phosphor

Halbleiter Eine Reihe amorpher und kristalliner Formen mit Dichtevariationen zwischen 2,0 und 2,4 g/cm3 und Schmelzpunkten zwischen 585 °C und 610 °C werden unter der Bezeichnung roter Phosphor zusammengefasst. Gemeinhin ist roter Phosphor amorph, lässt sich aber durch Rekristallisation aus geschmolzenem Blei in den monoklinen Hittorfschen (violetten) Phosphor überführen, welcher eine dreidimensional vernetzte polymere Form bildet. Durch Kochen von weißem Phosphor in Phosphortribromid erhält man den roten Phosphor. Gewonnen wird roter Phosphor durch mehrstündiges Erhitzen von weißem Phosphor auf etwa 360 °C. Die Unterschiede zwischen den kristallinen Anteilen im roten Phosphor bedingen die verschiedenen Formen desselben. Einfluss haben hier die Korngröße, die Art des Gitters, Verunreinigungen und die verschiedenen Absättigungen der Randgruppen mit Halogenen, Sauerstoff und Hydroxylgruppen. In üblichen Lösungsmitteln ist der rote Phosophor unlöslich. Seine Reaktivität liegt zwischen der des weißen und des schwarzen Phosphors. Roter Phosphor ist nicht selbstentzündend, neigt jedoch in Gegenwart starker Oxidationsmittel zu explosiven Reaktionen. Bezogen auf die Reaktivität gleicht der violette Phosphor eher dem schwarzen Phosphor, während sich der Schencksche Phosphor (Rudolf Schenck, 1902) sehr viel reaktionsfreudiger zeigt als "normaler" roter Phosphor. Roter Phosphor ist ungiftig, seine Erstbeschreibung wird dem Österreicher Anton Schrötter von Kristelli zugeschrieben.

Violetter/Hittorfscher Phosphor

Anton Schrötter von Kristelli Violetter Phosphor entsteht beim ein- bis zweiwöchigen Erhitzen von weißem Phosphor auf ca. 550 °C. Entdeckt wurde er von Johann Wilhelm Hittorf. Es handelt sich um ein nichtleitendes Polymer, das unlöslich in CS2 ist. Die Strukturaufklärung gelang Ende der 1960er Jahre an der Universität Stuttgart durch Herbert Thurn.

"Phosphor-Nanostäbchen"

Im August 2004 ist es deutschen Forschern gelungen, zwei weitere Modifikationen des vielgesichtigen Elements zu isolieren und strukturell zu charakterisieren: Phosphor-Nanostäbchen. Bei diesen beiden Modifikationen liegen die Phosphoratome in Form von Kettenmolekülen (Polymeren) vor. Entdecker der neuen Modifikationen sind Arno Pfitzner von der Universität Regensburg und Hellmut Eckert von der Universität Münster. Die rotbraunen Fasern, die sich deutlich von der roten Phosphormodifikation unterscheiden, sind an der Luft in trockenem Zustand über Wochen stabil. Unter dem Elektronenmikroskop zeigte sich diese rotbraune Phosphor-Form als lange, parallel ausgerichtete Nanostäbe mit Querschnitten von ungefähr 0,34 beziehungsweise 0,47 Nanometern.

Isotope

Phosphor hat nur ein stabiles Isotop: 31P, dies ist das einzige in der Natur vorkommende Isotop des Phosphors. Phosphor hat mehrere weitere Isotope, die allerdings alle radioaktiv sind. Das Phosphorisotop 33P hat mit 25,3 Tagen die längste Halbwertszeit. Das Phosphorisotop 32P, welches auch radioaktiv ist, wird in Medizin und Forschung als Tracer benutzt, um Stoffwechselprozesse zu beobachten.

Verwendung

Der größte Teil des hergestellten weißen Phosphors (80 %) wird zu Phosphor(V)-oxid verbrannt, welches als Ausgangsmaterial für die Phosphorsäureherstellung sowie für die Darstellung verschiedener Phosphate verwendet wird. Phosphor(V)-oxid hat außerdem noch Bedeutung als eine der wirksamsten wasserentziehenden Substanzen (Trockenmittel). Ein weiterer Teil wird zu Phosphor(III)-chlorid (PCl3) und Phosphor(V)-sulfid (P4S10) verarbeitet, die wiederum als Grundstoffe für die Herstellung von Flammschutzmitteln, Additiven, Weichmachern und Pflanzenschutzmitteln dienen. Roter Phosphor findet Verwendung bei der Streichholz-Herstellung. Des Weiteren werden die als Dünger wichtigen Phosphate direkt aus Kalziumphosphat gewonnen, indem dieses mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird. Es entsteht das so genannte Superphosphat. Hierzu werden etwa 60 Prozent der weltweiten Schwefelsäureerzeugung benötigt.

Biologische Bedeutung

Phosphorverbindungen sind für die Lebensfunktionen aller Lebewesen essentiell. Anorganische Phosphorverbindungen sind Bestandteil der DNA- und RNA-Moleküle. Die Körperzellen benutzen anorganische Phosphorverbindungen, um Stoffwechselenergie über ATP zu transportieren. Hydroxyapatit (Ca5(PO4)3OH) ist ein Hauptbestandteile der Gerüstsubstanz von Knochen und Zähnen. Der Körper eines Menschen von 70 kg Gewicht enthält etwa 700 Gramm Phosphor, wovon 600 g fest im Knochensystem gebunden sind. Der Tagesbedarf eines erwachsenen Menschen beträgt ca. 0,75 Gramm Phosphor, vor allem in Milchprodukte, Fleisch, Fisch und Brot ist er reichhaltig vorhanden.

Nachweis

Spektroskopisch

Die Methode der Wahl für den Nachweis von Phosphor ist die 31P-NMR-Spektroskopie.

Nasschemisch

Die quantitative und qualitative Bestimmung von Phosphor erfolgt über das Phosphat (genauer Orthophosphat PO43-). Gebundener Phosphor wird hierzu gegebenenfalls durch oxidierenden Aufschluss in Phosphat überführt.

Qualitativer Nachweis

Durch Reaktion mit Ammoniummolybdat erhält man in saurer Lösung einen gelben Niederschlag von Ammoniummolybdophosphat: \mathrm + 12H_2O In alkalischer Ammoniaklösung fällt Phosphat bei Anwesenheit von Magnesium-Ionen als Magnesiumammoniumohosphat aus: \mathrm+ OH^- Der Nachweis ist auch in Form von Zirconiumphosphat durchführbar: \mathrm + 6HCl + 3H_2O Historisch ist die Mitscherlich Probe zum Nachweis von weißem Phosphor interessant, die allem voran bei vermuteten Phosphorvergiftungen eingesetzt wurde. Hierbei wird der Mageninhalt mit Wasser erhitzt, wobei der weiße Phosphor, der mit dem Wasserdampf flüchtig ist, anschließend kondensiert und bei Berührung mit Luftsauerstoff durch ein Leuchten (Chemolumineszenz) in Erscheinung tritt. Bei Strukturuntersuchungen von Verbindungen, in denen Phosphor enthalten ist, eignet sich die 31P-Kernresonanzspektroskopie.

Quantitativer Nachweis

Gravimetrie
Für eine gravimetrische Bestimmung kann aus Phosphat und Molybdationen in stark salzsaurer Lösung ein gelbes Molybdophosphation gebildet werden: \mathrm Mit 8-Hydroxychinolin (kurz HOx oder Oxin genannt) bildet sich ein schwer löslicher Niederschlag von Oxin-12-molybdo-1-phosphat, der anschließend bei 160 °C getrocknet und in wasserfreier Form gewogen wird. \mathrm
- Fällungsform: \mathrm
- Wägeform: \mathrm (Farbe: dunkelorange) Der grobkristalline Niederschlag enthält nur 1,37 % Phosphor. Somit sind vor allem kleinere Phosphatmengen gut bestimmbar (→ Mikromol-Verfahren).
Volumetrie
Volumetrische Phosphatbestimmungen werden durch Fällung mit La3+ oder mit Bi3+-Maßlösungen und anschließender Rücktitration mit EDTA durchgeführt.

Verbindungen

Sauerstoffverbindungen

Phosphor bildet verschiedene Oxide, die dem Adamantan ähnliche Strukturen bilden:
- Phosphortrioxid
- Phosphortetraoxid
- Phosphorpentoxid Davon abgeleitet kennt man die folgenden Sauerstoffsäuren sowie die dazugehörigen Salze:
- Phosphinsäure, Phosphinate
- Phosphonsäure, Phosphonate
- Phosphorsäure, Phosphate
- Peroxophosphorsäure Im Vergleich zu den voran genannten Monophosphorsäuren, die ein Phosphor-Atom in ihrem Molekül aufweisen, gibt es Diphosphorsäuren mit zwei Phosphor-Atomen:
- Hydodiphosphonsäure
- Diphosphonsäure
- Hypodiphosphonsäure
- Peroxodiphosphonsäure Bekannte Mineralien, die Phosphor als Bestandteil haben, sind
- Hydroxyapatit
- Fluorapatit

Verbindungen mit Halogenen


- Phosphorfluoride
- Phosphorchloride
- Phosphorbromide
- Phosphoriodide

Schwefelverbindungen


- Phosphorsulfide

Stickstoffverbindungen


- Phosphornitride

Wasserstoffverbindungen und organische Verbindungen


- Phosphane
- Phosphine
- Phosphaalkine Davon abgeleitet kennt man die folgenden Metallverbindungen:
- Phosphide In der Biochemie:
- ADP, ATP

siehe auch

Phosphorbombe

Literatur


- A. F. Holleman, Egon Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie. de Gruyter, Berlin, 1995, ISBN 3-11-012641-9
- Erwin Riedel, Anorganische Chemie. de Gruyter, Berlin, 2002, ISBN 3-11-017439-1
- John Emsley: Phosphor - ein Element auf Leben und Tod. Wiley-VCH, Weinheim 2001, ISBN 3-527-30421-5

Weblinks


- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/P/index.html WebElements.com - Phosphor] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Nichtmetall Kategorie:Gruppe-15-Element Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Chemiewaffe ja:リン ko:인 th:ฟอสฟอรัส

Radioaktivität

Unter Radioaktivität oder radioaktivem Zerfall versteht man die spontane Umwandlung instabiler Atomkerne unter Energieabgabe. Die freiwerdende Energie wird in Form energiereicher Teilchen und/oder ionisierender Strahlung abgegeben. Bei der Kernumwandlung kann sich die Kernladungszahl (Ordnungszahl) ändern (Umwandlung in ein anderes chemisches Element), oder nur die Massenzahl (Umwandlung in ein anderes Isotop desselben Elements). Daneben gibt es Übergänge, bei denen sich nur der Anregungszustand des Kerns ändert (Übergang zwischen verschiedenen Isomeren des selben Isotops). Die Stärke der Radioaktivität wird durch den physikalischen Begriff der „Aktivität” beschrieben und in der Einheit Becquerel angegeben. Radioaktiver Zerfall ist kein deterministischer Prozess. Der Zerfallszeitpunkt ist absolut zufällig. Allerdings ist für jedes Nuklid die Zerfallswahrscheinlichkeit ein fester Wert, der durch die Halbwertszeit angegeben wird. Die Halbwertszeit ist der Zeitraum, nach dem durchschnittlich die Hälfte der instabilen Atomkerne einer Menge zerfallen sind. Sie kann nur Sekundenbruchteile, aber auch einige Milliarden Jahre betragen. Derartige Nuklide sind beispielsweise Uran-238 und Uran-235, Thorium oder Kalium-40. Je kürzer die Halbwertszeit, desto größer die Radioaktivität. Mathematisch wird der Zerfall durch das Zerfallsgesetz beschrieben. Nicht nur der Zeitpunkt des Zerfalls ist zufällig, sondern unter Umständen auch die Art des Zerfalls. 212Bismut kann beispielsweise mit jeweils unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit auf drei verschiedene Arten zerfallen. Eine Liste aller Nuklide mit Art und Anteil der möglichen Zerfälle und Halbwertszeit jedes bekannten Nuklids findet sich in einer Nuklidkarte. Ein Atomkern ist dann stabil und kann nicht weiter von sich aus zerfallen, wenn es keinen radioaktiven Zerfall gibt, der zu einem energetisch niedrigeren Zustand führt. Beim Wasserstoff ist dieser Zustand das einzelne Proton als Atomkern, beim Helium enthält das stabile Isotop Helium-3 zwei Protonen und ein Neutron. Beim Lithium und allen schwereren Elementen müssen mindestens gleich viele Neutronen wie Protonen den Kern bilden, und bei schwereren Kernen überwiegen immer mehr die Neutronen. Ab einer gewissen Zahl von Nukleonen werden alle Atomkerne instabil. Unter Einwirkung von Korpuskularstrahlung (insbesondere Neutronen; Neutronenaktivierung) können stabile Atomkerne in andere Atomkerne umgewandelt werden, die instabil sind.

Zerfallsmodi

Nukleonen Im Atomkern wirken im Wesentlichen zwei Wechselwirkungen.
- Die starke Wechselwirkung, auch „Kernkraft” genannt, bewirkt die Bindung der Protonen und Neutronen aneinander.
- Die elektromagnetische Wechselwirkung, welche eine gegenseitige Abstoßung der Protonen bewirkt. Bei allen Zerfallsarten kann zusätzlich Gammastrahlung emittiert werden.

Alphazerfall

Ist der Atomkern sehr schwer, enthält also viele Protonen und Neutronen, kommt es zum Alphazerfall. Die starke Wechselwirkung kann den Mutterkern dann nicht mehr zusammen halten. Die freiwerdende Energie wird in Form von Heliumkernen mit einer Geschwindigkeit von unter 0,1 c emittiert. Dieses Verhalten ist trotz der hohen Potentialbarriere aufgrund des Tunneleffekts möglich. Der Restkern, auch Rückstoßkern oder Tochterkern genannt, verringert bei diesem Vorgang seine Nukleonenzahl um vier und die Kernladungszahl um zwei. Die Strahlung hat in Luft eine Reichweite von wenigen Zentimetern, besitzt aber eine extrem schädliche biologische Wirkung, wenn Sie innerhalb eines Organismus auftritt. Alphastrahlung kann durch ein einfaches Blatt Papier gestoppt werden. Beispiel: ^\mathrm U \to ^\mathrm + \alpha + \Delta E

Betazerfall

Wenn ein ungünstiges Verhältnis von Neutronen zu Protonen besteht, tritt normalerweise Betazerfall ein. Dabei wird beim \beta^--Zerfall im Kern ein Neutron in ein Proton umgewandelt und ein hochenergetisches Elektron sowie ein Elektron-Antineutrino emittiert. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl erhöht sich um eins. Beispiel: ^_6 \mathrm C \to ^_7 \mathrm N + e^- + \overline Beim \beta^+-Zerfall wird im Kern ein Proton in ein Neutron und ein hochenergetisches Positron umgewandelt und ein Elektron-Neutrino emittiert. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl verringert sich um eins. Beispiel: ^_7 \mathrm N \to ^_6 \mathrm C + e^+ + \nu_e Durch einige Meter Luft oder eine dünne Metallschicht (z.B. Alu) lässt sich die Beta-Strahlung abschirmen. Die Neutrinostrahlung ist sehr schwer nachzuweisen, da Neutrinos nur der schwachen Wechselwirkung unterliegen.

Elektroneneinfang, ε-Zerfall

Eine andere Möglichkeit zur Umwandlung eines Protons in ein Neutron besteht darin, ein Elektron aus der Atomhülle in den Kern zu „ziehen”, dem so genannten Elektroneneinfang (englisch: electron capture, kurz EC). Nach der Bezeichnung der typisch betroffenen Elektronenschale, der K-Schale, wird der Elektroneneinfang auch als K-Einfang bezeichnet. Das Proton des Kerns wird in ein Neutron umgewandelt, und ein Elektronneutrino emittiert. Bei diesem Umwandlungsmechanismus ist der Kern denselben Änderungen unterworfen wie beim \beta^-Zerfall, die Nukleonenzahl bleibt unverändert, die Ordnungszahl verringert sich um eins. Der Elektroneneinfang konkurriert daher mit dem \beta^-Zerfall und wird auch als eine Variante des Betazerfalls angesehen. Da das eingefangene Elektron meist aus der innersten Elektronenschale stammt, wird in dieser ein Platz frei und Elektronen aus den äußeren Schalen rücken nach, wobei charakteristische Röntgenstrahlung emittiert wird. Beispiel: ^_ \mathrm + e^- \to ^_ \mathrm + \nu_e Doppelter Elektroneneinfang: Bei einigen Kernen ist ein einfacher Elektroneneinfang energetisch nicht möglich, sie können sich aber durch gleichzeitigem Einfang zweier Elektronen umwandeln. Die Halbwertszeiten derartiger Umwandlungen sind typischerweise sehr lange und konnten erst in jüngster Zeit nachgewiesen werden. Beispiel: ^_ \mathrm + 2e^- \to ^_ \mathrm + 2\nu_e

Doppelter Betazerfall

Bei einigen Kernen ist ein einfacher Betazerfall energetisch nicht möglich, sie können aber unter Abstrahlung zweier Elektronen zerfallen. Derartige Zerfälle haben typischerweise sehr lange Halbwertszeiten und sind erst in jüngster Zeit nachgewiesen worden. Noch offen ist die Frage, ob beim doppelten Betazerfall stets zwei Neutrinos emittiert werden, oder ob auch ein neutrinoloser doppelter Betazerfall vorkommt. Beispiel: ^_ \mathrm \to ^_ \mathrm + 2 e^- + 2 \overline

Gammazerfall

Ein γ-Zerfall (\gamma ist der griechische Buchstabe gamma) ist möglich, wenn der Atomkern nach einem Zerfall in einem energetisch angeregten Zustand vorliegt. Beim Übergang in einen energetisch niedrigeren Zustand gibt der Atomkern durch Emission hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, sogenannter γ-Strahlung Energie ab. Zur Abschirmung von γ-Strahlung sind meterdicke Stahlbeton- oder Bleiplatten nötig. \gamma-Strahlung ist wie Licht elektromagnetische Strahlung, sie ist aber sehr viel energiereicher und liegt damit weit außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums. Die Bezeichnung "Zerfall" dient zwar der Nomenklatur, ist aber hier leicht irreführend, da es sich um keinen Zerfall handelt, sondern um eine Zustandsänderung im Atomkern. Beispiel: ^_ \mathrm \to ^_ \mathrm +

Innere Konversion

Die freiwerdende Energie beim Übergang eines Atomkerns in ein energetisch niedrigeres Isomer kann auch an ein Elektron der Atomhülle abgegeben werden. Diesen Vorgang nennt man Innere Konversion. Konversionselektronen sind im Gegensatz zu \beta-Teilchen monoenergetisch.

Spontane Spaltung

Die spontane Kernspaltung ist ein weiterer radioaktiver Umwandlungsprozess, der bei besonders schweren Kernen auftritt. Der Atomkern zerfällt in zwei oder mehrere Bruchstücke. Dabei entstehen in der Regel zwei etwa gleichgroße Tochterkerne und zwei oder drei Neutronen. Beispiele: Auch die natürlich vorkommenden Uranisotope zerfallen zu einem kleinen Teil durch spontane Spaltung.

Spontane Nukleonenemission

Bei Kernen mit besonders hoher oder besonders geringer Neutronenzahl kann es zu spontaner Nukleonenemission also Protonenemission oder Neutronenemission kommen. Atomkerne mit sehr hohem Protonenüberschuss können ein Proton abgeben, Atomkerne mit hohem Neutronenüberschuss können Neutronen abgeben. Isotope, die durch spontane Nukleonenemission zerfallen, haben sehr kurze Halbwertszeiten und müssen künstlich hergestellt werden. 5He → 4He + 1n 9B → 8Be + 1p

Weitere Zerfallsarten

Clusterzerfall: Statt einzelner Nukleonen oder Heliumkerne werden in sehr seltenen Fällen auch ganze Atomkerne anderer Nukleonenzahl emittiert. Beispiele: Zwei-Protonen-Zerfall: Bei extremem Protonenüberschuss (wie zum Beispiel bei 45Eisen) kann der Zwei-Protonen-Zerfall auftreten, bei dem sogar zwei Protonen gleichzeitig abgestrahlt werden. 45Fe → 43Cr + 2 1p

Einheiten

;Becquerel Bq :Einheit radioaktiver Aktivität (Zerfallsereignisse je Sekunde). Das Becquerel löst die alte Einheit Curie ab; Umrechnung: 1 Ci = 3,7 · 1010 Zerfallsereignisse pro Sekunde = 37 Milliarden Bq; 1 Bq = 2,7 · 10-11 Ci ;Curie Ci :Alte Einheit radioaktiver Aktivität, abgelöst durch Becquerel (s.d.). 1 Ci = 37 GBq = 3,7 · 1010 Bq ;Gray Gy :(SI-Einheit der Energiedosis). Das Gray löst die alte Bezeichnung "Rad" ("radiation-absorbed dose") ab. Es gibt an, wie viel Energie von einem Kilogramm Körpermasse aufgenommen wird. 1 Rad = 0,01 Gray; 1 Gray = 100 Rad ;Rad : radiation absorbed dose; alte Einheit der Energiedosis, abgelöst durch Gray (Gy) ;Rem :roentgen-equivalent men; alte Einheit der Personendosis, abgelöst durch Sievert (Sv) ;Röntgen : alte Einheit der Ionendosis ;Sievert Sv : Einheit der Äquivalentdosis; löst die alte Bezeichnung Rem (roentgen-equivalent-men) ab. Die Äquivalentdosis ergibt sich durch Multiplikation der Energiedosis (Gray) mit einem biologischen Qualitätsfaktor. Für \beta- und \gamma-Strahlung ist dieser Faktor 1, das heißt Sv = Gy. Für \alpha-Strahlung ist er 20, was die erhöhte Wechselwirkung beim Durchdringen von Gewebe berücksichtigt.

Geschichte

1896 entdeckte Antoine Henri Becquerel, dass Uran enthaltende Stoffe eine Strahlung aussenden. Diese vermag es, undurchsichtige Stoffe zu durchdringen. Dies stellte er fest, als er in Papier gehüllte fotografische Platten geschwärzt vorfand. Er stellte zudem fest, dass diese Radioaktivität nicht einheitlich ist, sondern verschiedene Komponenten enthalten kann: # eine Komponente mit hohem Durchdringungsvermögen, die im elektrischen Feld nicht abgelenkt wird (Gammastrahlung) # eine Komponente, die im elektrischen Feld zum Pluspol abgelenkt wird und ein mittleres Durchdringungsvermögen hat (Betastrahlung) # eine Komponente, die im elektrischen Feld zum Minuspol abgelenkt wird und ein geringes Durchdringungsvermögen hat (Alphastrahlung). Die wesentlich beteiligten Personen, die auf dem Gebiet der weiteren Aufklärung der natürlichen Radioaktivität forschten, waren Marie Curie, Pierre Curie und Ernest Rutherford.

Anwendung

Technische Anwendung

Isotopenbatterien finden häufig in der Raumfahrt Anwendung. Früher benutzte man sie auch zum Betrieb von Herzschrittmachern. In Isotopenbatterien wird Wärme, die bei der Absorption der Strahlung eines Radionuklids entsteht, technisch genutzt. Der Temperaturunterschied zur Umgebung wird hier durch ein Thermoelement in elektrische Energie umgewandelt (Wirkungsgrad ≈5%). Hierbei werden am häufigsten \alpha-Strahler, besonders Plutonium-238, eingesetzt. Eine andere technische Anwendung ist die Dickenmessung und Materialprüfung mittels Durchstrahlung. Hierbei wird ein Stoff radioaktiv (mit Gamma-Strahlen) bestrahlt und ein Zähler ermittelt aufgrund der durchdringenden Strahlen und des Absorptionsgesetzes die Dichte. Diese Technik findet auch bei der Prüfung von Schweißnähten und Werkstoffen Anwendung (zum Beispiel zur qualitativen Überprüfung einer Schweißnaht). Bei Uhren und anderen radioaktiven Lichtquellen wird die leuchtende Eigenschaft „Lumineszenz“, die durch Beigabe von radioaktiven Substanzen (Tritium, früher Radium oder Promethium) zu Zinksulfidkristallen erreicht wird, genutzt. Es wurden auch Blitzableiter mit radioaktiven Material hergestellt, deren Wirksamkeit aber nie bewiesen werden konnte ( Radioaktiver Blitzableiter).

Biologische und Chemische Anwendungen

In der Biologie wird hauptsächlich die Mutationen fördernde und sterilisierende Wirkung genutzt. In der Pflanzenzüchtung werden zum Beispiel durch „strahlungsinduzierte Mutationen“ Mutanten erzeugt, durch die neue und verbesserte Arten hervorgebracht werden können. Ein sehr erfolgreiches Einsatzfeld ist die „Sterile-Insekten-Technik“, kurz SIT. Dabei werden männliche Schadinsekten sterilisiert und dann im Zielgebiet freigelassen. Das Ausbleiben von Nachkommen führt zur Verringerung der Population. Vorteil hierbei ist auch, dass keine schädlichen Chemikalien eingesetzt werden müssen und andere Insekten unbetroffen bleiben. Weiterhin eignet sich Radioaktivität auch zur Sterilisation von Geräten, Implantaten oder Lebensmitteln. Hierbei werden Mikroorganismen, ähnlich wie bei der Hitzesterilisation, neutralisiert. Hierfür gelten jedoch strenge Auflagen. Weiterhin kann das Wachstum eines Keimlings durch schwache Strahlung verbessert werden, wohingegen zu starke Strahlung wachstumshemmend wirkt. Die Vernetzung von Polymeren ohne Wärmeentwicklung ist ebenfalls möglich, wobei auch große Komponenten vernetzt werden können. Interessant ist auch die Farbänderung von Edelsteinen, Gläsern und pigmentierten Kunststoffen durch Radioaktivität.

Medizinische Anwendung

In der Nuklearmedizin findet man primär die Szintigraphie. Hierbei wird eine geringe Menge eines radioaktiven Stoffes in den Körper injiziert (meist \gamma-Strahler). Dieser strahlt dann aus dem Körper heraus, was eine Untersuchung ermöglicht. Die Strahlen werden von einem Detektor aufgefangen und mittels eines Computertomographen bildlich dargestellt. Dabei kann aus mehreren abgetasteten zweidimensionalen Bildern auch ein dreidimensionales Bild errechnet werden. Für jedes Organ gibt es spezielle radioaktive Verbindungen. So injiziert man zum Beispiel radioaktives Iod, das sich in der Schilddrüse anlagert, um sie untersuchen zu können. (Aufgrund der Strahlenbelastung wird diese Methode nur noch zur Tumorbekämpfung angewandt). Weitere bildgebende Verfahren, die Radioaktivität nutzten, sind die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Ein weiteres Einsatzfeld ist die Radionuklidbehandlung zur Schmerzlinderung bei Knochenmetastasen. Hier wird in krankhaften Knochenbereichen der Metastase ein Radionuklid angereichert, was eine schmerzlindernde Wirkung hat. Jedoch haben diese Methoden auch ein gewisses Risiko, da teilweise auch gesundes Gewebe zerstört wird, was zu einer Immunschwächung oder Funktionsstörung des Knochenmarkes führen kann.

Strahlenbelastung und biologische Wirkung

Die Strahlenbelastung für Lebewesen wird als effektive Dosis mit der Einheit Sievert gemessen. Dabei wird die unterschiedliche Schädlichkeit von \alpha-,\beta- und \gamma-Strahlen sowie die unterschiedliche Empfindlichkeit einzelner Gewebe berücksichtigt. Radionuklide sind nicht die einzige Quelle ionisierender Strahlung. Röntgenstrahlung wird z. B. in Röntgenröhren oder Fernsehgeräten erzeugt, die Höhenstrahlung stammt aus dem All. In vielen Anlagen der Hochenergiephysik entstehen verschiedene Arten ionisierender Strahlung. Jeder Mensch ist natürlicher Strahlenbelastung ausgesetzt. Die natürliche Strahlenbelastung kann von Ort zu Ort sehr unterschiedlich sein und hängt stark von der Höhe über dem Meeresspiegel (je höher, desto mehr kosmische Höhenstrahlung) und dem geologischen Umfeld ab. Ursache ist etwa zur Hälfte Radon und seine Zerfallsprodukte, das in Gestein und Mauerwerk vorkommt. Wichtige andere natürliche Strahlenquellen sind 40Kalium, kosmische Strahlung und terrestrische Strahlung. In Deutschland beträgt die natürliche Strahlenbelastung etwa 2,4 mSv pro Jahr. Die künstliche Strahlenbelastung von im Durchschnitt 1,5 mSv im Jahr stammt fast ausschließlich aus der Medizin. Aber auch häufige Flugreisen können zu einer signifikanten zusätzlichen Strahlenbelastung führen. Alle Formen der Radioaktivität können für Lebewesen gesundheitsschädlich sein. Die Kurzzeitfolge einer zu hohen Dosis Radioaktivität wird Strahlenkrankheit genannt. Sie äußert sich durch ein geschwächtes Immunsystem und Verbrennungen. Auf molekularer Ebene ist unter anderem die schädigende Wirkung von durch Radiolyse entstehenden Radikalen beteiligt. Die Strahlenkrankheit tritt etwa ab einer kurzfristigen Belastung von 0,25 Sv auf. 4 Sv sind in der Regel tödlich. Die Langzeitfolgen der Radioaktivität sind Mutationen am Erbgut und Krebs. Bakterien können sehr viel stärkere Radioaktivität als Menschen ertragen, Rekordhalter ist Deinococcus radiodurans, der sogar im Kühlwasser von Kernreaktoren leben kann.

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Radioaktivit%E4t Mineralienatlas Radioaktivität]
- http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/
- Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=021124.rm Was ist Radioaktivität?] (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri) Kategorie:Kernenergie Kategorie:Kernphysik Kategorie:Mineralogie Kategorie:Strahlenschutz Kategorie:1896 ja:放射能

Kanone

: Kartaune auf Wandlafette]] Wandlafette Wandlafette]] Eine Kanone ist ein Geschütz mit einem großen Verhältnis Rohrlänge zu Kaliber (Rohrlänge/Kaliber\geq 20), die meist zum Flachfeuer verwendet wird. Moderne Haubitzen verfügen ebenfalls über lange Rohre, und auch viele Kanonen können heute zum Steilfeuer verwendet werden, so dass der Begriff Kanone nicht mehr scharf gegen Haubitzen abgegrenzt werden kann. (Kanonen verleihen aufgrund der hohen Mündungsgeschwindigkeit dem Geschoss eine relativ gerade Flugbahn, man spricht deshalb auch von Flachfeuergeschützen. Haubitzen eignen sich besser für indirektes Feuer.)

Geschichte

Etwas Schießpulver ähnliches kam im frühen 11. Jahrhundert in Sung-China zur militärischen Anwendung, z.B. wurden damit gefüllte Bomben von Katapulten verschossen. Entsprechende Versuche taoistischer Mönche sind aber wesentlich älter, schon ein gewisser Sun Szu Mo (581-672) überlieferte eine Zusammensetzung von Schwefel, Salpeter und Kohlenstoff. In den Überlieferungen erscheinen diese Mischungen als Feuerdroge und wurden medizinisch eingesetzt. So ist es theoretisch möglich, dass schon um 950 eine Salpetermischung eingesetzt wurde, denn ein Seidenbanner aus Dunhuang zeigt einen Dämon mit etwas Feuerlanzenähnlichem. Die früheste in Europa bekannte explosive Mischung aus Salpeter, Kohle und Schwefel stammt von einem, unter dem Pseudonym Marcus Graecus schreibenden. Das Buch mit dem Titel "Liber ignum per comburandum hostes" zu deutsch "das Buch vom Feuer, um Feinde zu verbrennen", das in mehreren, noch vorhandenen Abschriften, veröffentlicht wurde. Laut verschiedenen Autoren könnten die ersten Fassungen dieses Buches ab dem Jahr 800, wahrscheinlich aber erst etwa seit dem Jahre 1000 geschrieben worden sein. Das älteste noch erhaltene Exemplar dürfte um 1250 entstanden sein, das jüngste datiert auf 1481. Im Laufe der Zeit haben viele Autoren offenbar noch ihre eigenen Rezepte hinzugefügt. Die Sung-Chinesen verwendeten zuerst Bambusrohre, später Metallrohre, im Durchmesser bis zu 30 cm, um mittels Schießpulver verschiedene, nicht paßgenaue Projektile wie Pfeile, münzgroße Bleikugeln, Steine, Eisen- und Stahlsplitter sowie giftige Substanzen zu verschießen. Das entwickelte sich fast analog zu den Frühformen der Flammenwerfer und der Raketenwerfer. Eine schlanke, gußeiserne Feuerwaffe von 2,8 cm Kaliber, 1 m Länge, mit Zündloch, geradliniger Bohrung und verstärker Zündkammer wurde in der Mandschurei ausgegraben, sie stammt von 1288. Zu dieser Zeit kam offenbar auch die Verwendung paßgenauer Projektile auf, solche Projektile sind noch erhalten. Zahlreiche chinesische Techniker dienten in den Mongolenheeren, die in ihren Feldzügen Feuerwaffen einsetzten. Das Konzept der Feuerwaffen kam möglicherweise über die offenen Handelswege nach Europa. So soll Wilhelm von Rubruk 1256 Feuerwerkskörper mitgebracht haben und Roger Bacon (beides Franziskaner) könnte sie zum Vorbild seiner Forschungen genommen haben. Wahrscheinlich handelt es sich jedoch um den Fall einer Parallelentwicklung. In Europa selbst treten Kanonen seit dem 14. Jahrhundert auf, wohl erstmals in Italien in der Toskana 1325 erwähnt, dann in Süddeutschland. Kurze Zeit später kamen Kanonen praktisch in ganz Europa vor, so daß man hier von einem ersten Wettrüsten reden kann. Sie wurden bei uns als "Feuertöpfe", "Eisentöpfe" oder Steinbüchse bezeichnet und zunächst bei Belagerungen verwendet, zur Hussitenzeit dann aber auch in Feldschlachten, aufmontiert auf Wagen oder mit Holzstützen. Um 1450 waren sie absolut üblich, etwa im Heer Karls des Kühnen. Die ersten Geschosse waren eigenartige gewaltige Brandpfeile (z.B.siehe Handschrift von Walter de Milimete 1326), die aber bald von der Steinkugel verdrängt wurden. Bald experimentierte man auch mit gußeisernen Kugeln, die aber in der Herstellung wesentlich teurer waren und auch mehr Pulver benötigten, dem wiederum waren die Steinbüchsen nicht gewachsen. Diese Nachteile sorgten dafür, daß die steinernen Kugeln noch teilweise bis ins 16. Jahrhundert hinein benutzt wurden.(siehe dazu auch die Reformen im Geschützwesen von Maximilian I. im dem Artikel Kartaunen) Die spätmittelalterlichen Rohre waren aus Eisen, Kupfer, Bronze oder Messing in einem Stück gegossen, wobei man sich die Erfahrungen der Glockengießer zunutze machte, oder aus schmiedeeisernen (entspricht heute: Baustahl)Stäben mit trapezförmigem Profil die mit Eisenringen zusammengehalten wurden. In der Neuzeit setzte sich dann Bronze wegen seiner Stabilität bei allen Feldgeschützen durch. Bei gusseisernen Geschützen musste man nämlich die Rohrwände stärker machen, damit sie dem Druck standhielten, sodass die Waffen schwerer wurden. Schiffs- und Festungsgeschütze aber mussten nur wenig bewegt werden, sodass man für sie weiterhin das billigere Eisen bevorzugte. Als Mitte des 19. Jahrhunderts die Herstellung hochwertigen Stahls sehr viel billiger wurde, konnte man dieses extrem stabile Material für die Massenproduktion von Kanonen einsetzen. Zu diesen ersten Gussstahl-Kanonen gehörten die Hinterladerkanonen der Preußen, die eine wahre, waffentechnische "Revolution" auslösten. (Schon einige Jahre zuvor waren gezogene Kanonen, bald auch mit explosiven, länglichen Granaten, statt Kugeln, eingeführt worden.)

Etymologie

Der Begriff stammt vom italienischen Wort canna (französisch quennon), welches für "Röhre" oder "Rohr" steht. Die Endung "-one" bedeutet im Italienischen soviel wie "groß" oder "dick". Cannone = "großes/dickes Rohr".

Rekorde

Die Kanonen mit der höchsten Reichweite und größtem Kaliber waren allesamt Eisenbahngeschütze:
- das Paris-Geschütz, welches im Ersten Weltkrieg von der deutschen Front bei Laon bis nach Paris schießen konnte (ca. 120 km).
- Die K12 im Zweiten Weltkrieg hatte 196 Kaliberlängen, ein Kaliber von 211 mm und eine Reichweite von 115 km. Das Geschütz war jedoch nicht sehr einsatztauglich, es ging hierbei mehr darum, den Rekord zu brechen.
- Das größte Gewicht lag bei 1 345 Tonnen (Geschütz Gustav und Geschütz Dora im 2. WK)
- Das größte Kaliber lag bei 914 mm beim amerikanischen "Little David"-Mörser

Spezielle Einsatzbereiche der Kanone


- PAK (Panzerabwehrkanone)
- FLAK (Flugabwehrkanone)

Spezielle Kanonen


- V3
- Industrial Sounding System

Verwendung außerhalb des Kampfes


- Bei einer Staatsvisite oder der Geburt eines Thronfolgers werden Salutschüsse mit meist historischen Kanonen abgefeuert.
- Historisch: Anwendung als Mittagskanone
- Als Starthilfe für Satelliten, HARP-Projekt

Siehe auch

Feldschlange, Kartaune, Artillerie, Kanonenboot - Kanonenfutter - Schneekanone - Gulaschkanone - Zündeisen - Kanonenkugel - Balist

Redensartliches

"Kanonenstiefel" wurden metaphorisch hohe und mächtige Stiefel genannt. Die Redensart "unter aller Kanone" für eine außerordentlich schlechte Leistung hat mit einer Kanone nichts zu tun und geht auf die lateinische Floskel sub omni canone zurück; siehe dazu Dissertation ("Bewertungsstufen").

Weblinks


- [http://www.astronautix.com/lvfam/gunnched.htm Die leistungsfähigsten Kanonen] Kategorie:Geschütz Kategorie:Militärtechnik

Kupfer

Kupfer (von lat. cuprum: „Kupfer, Metall aus Zypern“) ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cu und der Ordnungszahl 29. Es ist ein hervorragender Wärme- und Stromleiter. Kupfer gehört zu den Münzmetallen. Der lateinische Name cuprum ist abgeleitet von lat. aes cyprium = Erz von der Insel Zypern.

Kupfer als Mineral

Zypern Kupfer kommt gediegen in der Natur vor. Das Schwermetall kristallisiert im kubischen Kristallsystem, hat eine zwischen 2,5 und 3 liegende Mohshärte und als blankes Metall eine helle, lachsrosa Farbe. Durch oberflächliche Patina-Bildung verändert sich das Metall auch rotbräunlich bis hin zu einem bläulichen Grün, wobei der Metallglanz verloren geht. Strichfarbe ist rosarot. Kupfer ist als sehr weiches Metall gut formbar und zäh. Der Schmelzpunkt liegt bei 1083,4 °C.

Verbindungen

Kupfer hat in Verbindungen meistens die Oxidationsstufen +1 oder +2. Es bildet an seiner Oberfläche zuerst ein rotbraunes und danach schwarzes, festes Oxid, das je nach Luftzusammensetzung auch grüne Carbonate, Sulfate und Chloride enthalten kann. Kupferverbindungen sind in der Regel rot (Kupfer(I)-oxid, Cuprit) oder auffallend grün, türkis bis hin zu dunkelblau gefärbt (Kupfer(II)-sulfat-Pentahydrat). Kupfer(II)-oxid und -sulfid sind schwarz. Auch in einigen Supraleitern wie YBCO (YBa2Cu3O7-x) ist Kupfer enthalten.

Vorkommen

YBCO] Als gediegenes Element findet sich Kupfer hauptsächlich in basaltischen Laven, wo es sich meist durch Reaktion mit Minerallösungen hydrothermalen Ursprungs aus Eisenoxiderzen bildet. Es tritt meist roh oder in Form verzweigter Strukturen, so genannter Dendrite auf, selten auch in kristalliner Form. Der Anteil gediegenen Kupfers in der Natur ist allerdings sehr niedrig. In Form von Kupfererzen ist Kupfer dagegen ein sehr häufiger Bestandteil der Erdkruste. Es wird dann aus Kupferkies (CuFeS2), Kupferglanz (Cu2S), seltener auch aus Bornit (Cu5FeS4), Atacamit [CuCl2 · Cu(OH)2], Malachit und anderen Erzen gewonnen. Besonders dekorativ sind Türkis, ein Kupferphosphat und Malachit, ein grünes, basisches Kupfercarbonat. Die weltweit größten Vorkommen gibt es in Chile, den USA, Russland, Sambia, Kanada und Peru. Die wichtigsten Exportländer sind in der CIPEC organisiert. Zur CIPEC gehören u.a. Australien, Indonesien, Zaire sowie Papua-Neuguinea, auf dessen Insel Bougainville eine der weltgrößten Kupferminen 1988 zu einem Bürgerkrieg führte, dessen Folgen noch andauern.

Verwendung

1988 Wegen seiner guten Leitfähigkeit wird reines Kupfer sowohl in elektrischen Kabeln, Leiterbahnen, als auch in Wärmeleitern verwendet. Gelegentlich werden auch Dächer mit Kupferblech gedeckt, auf denen sich dann eine beständige grünliche Patina bildet. Diese Patina schützt das darunterliegende Metall gut vor weiterer Korrosion, so dass Kupferdächer eine Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten haben können. Kupfer ist auch Bestandteil vieler Legierungen wie Messing, Bronze und Neusilber. Kupferlegierungen werden wegen ihrer guten Eigenschaften, wie Farbe, Korrosionsbeständigkeit, Preis, Verarbeitbarkeit gerne vielfältig eingesetzt. Für Münzen, Schmuck, Besteck, Armaturen, Kessel, Rohrleitungen, Präzisionsteile, Kunstgegenstände, Musikinstrumente usw. Man unterscheidet Knetlegierungen, was bedeutet, dass diese gut bei Normaltemperatur mechanisch verformt werden können, und Gusswerkstoffe (Rotguss, Bronzen). Beispiel für Knetlegierungen sind das silberähnliche Neusilber, eine Kupfer-Zink-Nickellegierung, und das goldgelbe Messing, eine Kupfer-Zink-Legierung. Viele Münzwerkstoffe sind auf Kupferbasis hergestellt, so das „Nordisches Gold“ genannte Metall der goldfarbigen Euromünzen, eine Kupfer-Zink-Aluminium-Zinn Legierung. Aber auch Gegenstände mit silberweißem oder edelstahlartigem Erscheinungsbild sind in Wirklichkeit hoch kupferhaltige Legierungen worin die kupfereigene Farbe durch ausreichenden Nickelzusatz verschwunden ist. Das Münzmetall der alten 1-DM-Geldstücke, sowie die hellen Anteile der Euromünzen sind aus Kupfer-Nickel Legierungen gefertigt. Kupferverbindungen kommen in Farbenpigmenten, Medizinischen Präparaten und galvanischen Oberflächenbeschichtungen zum Einsatz. Kupfersalze färben die Flamme grün/blau (Spektralanalyse). Siehe auch: Kupferrecycling

Biologische Wirkung

Kupfer ist Bestandteil des Hämocyanin, das bei vielen Weichtieren und Gliederfüßern als Blutfarbstoff dem Sauerstofftransport dient. Auch bei allen höheren Lebewesen ist Kupfer als Bestandteil vieler Enzyme ein lebensnotwendiges Spurenelement. Der tägliche Bedarf eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 2 Milligramm. Kupfer ist vor allen in Leber, Getreide, Gemüse und Nüsse enthalten. In ionisierter, nicht an Proteine gebundener Form wirkt Kupfer antibakteriell, man spricht hier wie beim Silber vom oligodynamischen Effekt (Oligodynamie), weshalb z. B. auch Blumenwasser, das in Kupfergefäßen aufbewahrt wird, nicht so schnell faul wird. Die toxische Wirkung entsteht dadurch dass Kupfer-Ionen an SH-Gruppen von Proteinen binden, und Lipide der Zellmembran peroxidieren, was zur Bildung von freien Radikalen führt, die die DNA und Zellmembranen schädigen. Beim Menschen ist dies z. B. der Fall bei Morbus Wilson, einer Krankheit bei der vor allem die Leber betroffen ist. Kupfersulfat (Kupfervitriol) ist ein starkes Brechmittel, und wird deshalb zur Behandlung vieler Vergiftungen eingesetzt (beispielsweise durch weißen Phosphor).

Geschichte

Phosphor]] Kupfer, Gold und Zinn waren die ersten Metalle, welche die Menschheit in ihrer Entwicklung kennen lernte. Da Kupfer leicht zu verarbeiten ist, wurde es bereits von den ältesten bekannten Kulturen vor etwa 10.000 Jahren verwendet. Die Zeit seines weiträumigen Gebrauchs vom 5. Jahrtausend v. Chr. bis zum 3. Jahrtausend v. Chr. wird manchmal auch Kupferzeit genannt. In der Alchemie wurde Kupfer mit Venus/Weiblichkeit ♀ assoziiert. Später wurde es mit Zinn (und Bleianteilen) zu Bronze legiert. Diese härtere und technisch widerstandsfähigere Legierung wurde zum Namensgeber der Bronzezeit. Die Unterscheidung von Blei gegen Zinn wurde erst mit wachsenden Metallkenntnissen eingeführt, so dass der Begriff Bronze aus heutiger Sicht nur auf die hochkupferhaltigen Zinn-Kupferlegierungen richtig angewendet ist. Eine weitere goldgelbe Kupfer-Legierung, das Messing, war im antiken Griechenland bereits bekannt. Es wurde durch gemeinsames Verarbeiten der jeweiligen Erze erschmolzen, aber erst von den Römern stärker verwendet. In Altkolumbien wurde die Gold-Kupfer-Legierung Tumbaga häufig verwendet. Die Gewinnung von Kupfer erfolgt in einer Affinerie.

Weblinks


- http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/29Kupfer.htm
- http://www.kupferinstitut.de
- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Kupfer Mineralienatlas – Kupfer]
- http://www.bayern.de/lfu/umwberat/data/chem/wasser/kupfer_2000.htm Thema Kupferrohre und Trinkwasser
- http://www.kupfer.de Initiative Kupfer – Informationsquelle zum Einsatz von Kupfer in der Hausinstallation Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Gruppe-11-Element Kategorie:Periode-4-Element Kategorie:Übergangsmetall Kategorie:Mineral Kategorie:Metall Kategorie:Schwermetall ja:銅 ko:구리 simple:Copper th:ทองแดง

Raketengetriebene Granate

Unter Raketengetriebenen Granaten, urspr. russ: Ruchnoj' Protivotankovy Granatomiot (RPG), engl: Rocket Propelled Grenade (manchmal fälschlicherweise als propellerbetriebene Granaten übersetzt), versteht man im Allgemeinen Panzerabwehrhandwaffen und im Speziellen die Modelle von sowjetischen Herstellern. Im Deutschen werden sie oft umgangssprachlich als Panzerfaust bezeichnet, schwere Ausführungen manchmal als Dicke Berta. Diese Waffe wird vielfach von Guerillakämpfern, Partisanen und auch Terroristen eingesetzt. Zu den bekanntesten Einsätzen dieser Waffenart zählen die Bekämpfung von:
- US-amerikanischen Panzern und M113 im Vietnamkrieg durch die Nationale Befreiungsfront (NLF)/Vietcong bis 1973
- russischen Panzern, Truppentransportern und Mil Mi-24 "Hind" Kampfhubschraubern im Afghanistankrieg in den 1980er
- US-amerikanischen UH-60 Black Hawk-Transporthubschraubern während der Operation Irene in Somalia 1993
- russischen Panzern und Truppentransportern im ersten und zweiten Tschetschenienkrieg 1996 und 1999
- Regierungsstützpunkten in Angola
- israelischen Schützenpanzern im Gaza-Streifen
- US-Soldaten, Polizeistationen, Öl-Anlagen und Fahrzeuge aller Art im Irakkrieg seit 2001

Beschreibung

Irakkrieg Die RPG ist eine leichte Panzerabwehrwaffe, welche von der Schulter aus abgefeuert wird und sowohl gegen Fahrzeuge als auch gegen Personen eingesetzt werden kann. Die Schusshalterung mit einem Gewicht von 6,9 Kilogramm kann mehrmals eingesetzt werden und trägt verschiedene Munitionstypen. Gegen gepanzerte Fahrzeuge werden vor allem RPG-7 und Versionen davon eingesetzt. Antipersonen-Granaten sind Gefechtsköpfe vom Typ OG-7. Ein zum RPG verwandtes System ist der Raketenwerfer RPO. Verschiedene Faktoren machen die RPG-7 neben der AK-47 zur meistverbreiteten Low-Tech Infanteriewaffe der Welt:
- Hohe Verfügbarkeit: Weltweit sind große Mengen an Waffen und Munition im Umlauf, auch auf dem Schwarzmarkt.
- Große Robustheit: Wie viele Waffen russischen Designs bedarf die RPG-7 nur wenig Wartung.
- Geringes Gewicht.
- Hohe Durchschlagkraft: Obwohl die RPG-7 heutigen Panzerungen unterlegen ist, eignet sie sich dennoch zum Einsatz gegen leicht gepanzerte oder ungepanzerte Fahrzeuge. Zudem kann auch schwere Panzerung durch geschickten Einsatz der Waffe überwunden werden (z.B. bei einem Treffer zwischen Turm und Fahrgestell).
- Einfache Bedienung: Im Gegensatz zu modernen Panzerabwehrwaffen ist die RPG auch durch Laien mit relativ wenig Training zu gebrauchen.
- Vielseitigkeit: In vergangenen Konflikten wurde die RPG gegen Ziele vieler Art eingesetzt, unter anderem Panzer, Schützenpanzer, Transportfahrzeuge, ungepanzerte Lastfahrzeuge, Infanterie, Transporthelikopter und Gebäude. Die geringe Effektivität lässt sich durch den Einsatz großer Mengen an RPGs oftmals wettmachen, z.B. beim Angriff auf Hubschrauber.

Reichweite

Die Reichweite hängt vom Munitionstyp ab. Antipersonen-Granaten haben eine Reichweite von 300-500 Metern, die bei Antipanzer-Granaten etwa doppelt so hoch liegt (600-900 Meter). Wird diese Reichweite überschritten zündet der Gefechtskopf automatisch. Die dabei entstehenden Splitter ermöglichen es, die RPG zur Flugabwehr gegen Helikopter einzusetzen. Diese Taktik wurde erstmals von Mujaheddin gegen russische Hubschrauber in Afghanistan eingesetzt.

Herstellungsländer

1961 in Russland entwickelt, produzierten bald weitere Staaten unter Lizenz ähnliche Modelle. Weitere Herstellungsländer sind: Volksrepublik China, Iran, Rumänien, Pakistan, Bulgarien und vor 1991 auch der Irak. Aus diesen Ländern stammen auch die Bezeichnungen RPG-16 oder RPG-22. Es wurde eine unbekannte Zahl an Werfern gebaut, und die Munition wird nach wie vor produziert und in Kriegsländer geliefert.

Weblinks

[http://static.howstuffworks.com/gif/rpg-7-launcher.gif Bild RPG-7] Kategorie:Waffe

Granatwerfer

Ein Mörser ist ein Geschütz mit einem kleinen Verhältnis zwischen Rohrlänge und Kaliber (weniger als 12, ursprünglich nur etwa 2 Kaliberlängen). Entwickelt im 14. Jahrhundert, wird der Mörser ausschließlich für Steilfeuer eingesetzt. Früher wurden Mörser mit Kartusche und sprengstoffgefüllten Hohlkugeln eingesetzt. Im Ersten Weltkrieg wurden weitere, heute zusammenfassend als Mörser bezeichnete Waffen entwickelt, die ursprünglich andere Namen hatten:
- Der Mörser als mit Zügen versehener Hinterlader mit schwerem Kaliber (ab ca. 200 mm) als weiter verkürzte Haubitze. Durch Verkürzung des Rohres konnte das Gewicht gesenkt und damit das Kaliber vergrößert werden. Schwerste Exemplare dieser Art waren die "Dicke Bertha" mit 42 cm im Ersten und die Selbstfahrlafette Gerät 040 mit 60 cm und Gerät 041 mit 54 cm Kaliber im Zweiten Weltkrieg. Die Reichweite z. B. des deutschen 60cm-Mörsers im Zweiten Weltkrieg lag trotz des kurzen Laufs bei über 6000 Metern. Dieser Mörsertyp war jedoch zu unbeweglich (124 t Masse) und existiert heute nicht mehr. Diese schwersten Mörser mit dem Decknamen "Karl" wurden im Zweiten Weltkrieg bekannt unter ihren jeweiligen Geschützbezeichnungen "Thor", "Loki", "Ziu", "Baldur", "Odin", "Adam" und "Eva".
- Minenwerfer als Infanterie-Unterstützungswaffe, Vorderlader mit gezogenem Lauf, normalem Abzug und Kaliber von 75 bis 250 mm, wurden nur im Ersten Weltkrieg eingesetzt.
- Granatwerfer (in der Schweizer Armee als Minenwerfer bezeichnet), als einziger noch existierender Typ heute als Mörser bezeichnet, mit glattem Lauf. Hier ist die Treibladung fest mit der Granate verbunden, die Zündung erfolgt über einen feststehenden Schlagbolzen (Dorn) im Bodenstück des Rohres. Granatwerfer werden nur in den oberen Winkelgruppen eingesetzt (>45°). Dadurch wirkt der Rückstoß hauptsächlich nach unten, wo er von einer großen Bodenplatte aufgenommen wird. Diese Konstruktion erlaubt den Verzicht auf große und schwere Rücklaufhemmungen. Durch dieses Prinzip können Granatwerfer relativ leicht gehalten werden und sind so als Begleitwaffe der Infanterie gut einsetzbar. Die kleineren Kaliber (bis 120 mm) werden von vorn geladen, die schwereren Kaliber (240 mm) werden durch Schwenken des Rohres in die Horizontale von hinten geladen.

Literatur


- OKW: Vorschrift H.Dv. 119/562 - Schußtafel für den 21 cm Mörser 18 mit der 21 cm Granate 18 Beton - 1940 Moerser ja:迫撃砲

Granatpistole

Bild:hk69rear.jpg Eine Granatpistole (GraPi) ist eine Pistole, mit der Granaten verschossen werden. Dadurch erhält man eine größere Reichweite, als es etwa bei Handgranaten möglich ist. Zudem können feindliche Schützen und Weichziele hinter Deckungen bekämpft werden. Die Bundeswehr verwendet noch die Granatpistole HK69A1 der Firma Heckler & Koch, die allerdings in Zukunft durch einen