Ruß

Ruß ist sicherlich jedem bekannt. Brennende Kerzen „rußen“, d. h. sie sondern schwarzen dicken Rauch ab, der sich irgendwo festsetzt und schwarze Schleier hinterlässt. In alten Kirchen müssen deshalb z. B. immer wieder Fresken und Wand- und Deckengemälde in mühevoller, sorgfältiger Arbeit von einer schwärzenden Schicht Ruß befreit werden, die durch das Abbrennen unzähliger Kerzen die Wände und Decken bedeckt.

Im deutschen Sprachgebrauch wird das Wort Ruß für mehrere Stoffe gebraucht, die sich in ihrer Struktur und ihrer Zusammensetzung geringfügig unterscheiden.

Ruß entsteht bevorzugt durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (Verbrennungsruß siehe Bild 1) oder auch durch thermische Zersetzung (Spaltruß oder thermal black).
Zu den Verbrennungsrußen zählen die Flammruße, die Gasruße und die sogenannten Furnac-Ruße (furnac black).

Ruß ist jedoch selten reiner Kohlenstoff, er kann beispielsweise polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe enthalten und wirkt deshalb krebserregend. Außerdem können kleine Rußpartikel, die beispielsweise durch Dieselfahrzeuge an die Umwelt abgegeben werden, in die Lunge gelangen und dort asthamtische und andere gesundheitliche Beschwerden verursachen.

Als Bestandteil des Feinstaubs ist Dieselruß im Jahr 2005 ins Gerede gekommen. Der Anteil von Dieselruß am Feinstaub beträgt jedoch weniger als 20 %. Außerdem kann er durch geeignete Filter aus den Dieselabgasen entfernt werden.

Ruß ist aber durchaus auch eine Substanz, die nicht nur als unerwünschtes Nebenprodukt auftritt.

Herstellung und Verfahren

Trotz der gesundheitlichen Risiken wird Ruß sogar industriell hergestellt, wobei man hauptsächlich Furnac-Ruß produziert. Dieser entsteht durch die unvollständige Verbrennung von aromatenreichem Erdöl (bei 1300 bis 1700 °C und vermindertem Luftzutritt) und hat einen Kohlenstoffgehalt von ca. 95%. Die bei der unvollständigen Verbrennung des Erdöls entstehenden Gase werden dabei durch Einspritzen von Wasser abgeschreckt.

Kühlt man den in einer leuchtenden Anthracenölflamme entstandenen Kohlenstoff an einer kühlen Eisenoberfläche ab, so schlägt sich dort Gasruß nieder. Eine ähnliche Rußbildung entsteht auch beim unvollständigen Verbrennen von Gas im Bunsebrenner, also bei gedrosselter Sauerstoffzufuhr. Das gelb/orange Leuchten der sogenannten leuchtenden Flamme rührt von Kohleteilchen her, die durch die unvollständige Verbrennung des Gases entstanden sind.

Für die Gewinnung von Spaltruß dehydriert man Methan oder Ethin (Acetylen). Aus Acetylen erhält man den sogenannten Acetylenruß. Er besteht zu 98 bis 100% aus reinem Kohlenstoff.

Aufbau von Ruß

Ruß besteht hauptsächlich aus sehr kleinen, kugelförmigen Zusammenschlüssen von elementarem Kohlenstoff. Der mittlere Kugeldurchmesser beträgt 5 bis 500 nm. Sie sind ähnlich wie aus Kohlenstoff-Sechsringen aufgebaut, unterscheiden sich jedoch in ihrer Anordnung und im Schichtabstand.

Außerdem bilden die sogenannten Primärkugeln anders als beim Grafit bei der Entstehung von größeren Rußpartikeln verzweigte kettenförmige Aggregate, die sich unter dem Elektronenmikroskop betrachten lassen.

Bei einer Verbrennungstemperatur von ca. 2000 °C, lagern sich aromatische Verbindungen mit ihren großen Oberflächen an kleine Kristallisationskeime (Staubpartikel etc.) an. Anschließend kondensieren sie mehr oder weniger unregelmäßig zusammen und geben dabei ihren Wasserstoff ab.

Ruß ist keine eigenständige Modifikation des Kohlenstoffs, sondern kann in verschiedenen Erscheinungsformen auftreten. Man findet nicht nur grafitartige Elemente und höhere Kohlenwasserstoffe, sondern z. B. in Kerzenrußen auch die kugelförmigen Fullerene ($C_{60}$ und $C_{70}$).

Verwendung

Flammruße werden seit über 2000 Jahren hergestellt. Die mit Rußsuspensionen geschriebenen Hieroglyphen zeichnen sich durch ihre Beständigkeit aus und haben Jahrtausende überstanden.

Ruß dient besonders als ein Füllstoff in der Gummiproduktion . 95 % der Rußproduktion werden dafür von der Autoreifenindustrie verbraucht. Wegen seiner schwarzen Farbe und seiner Deckkraft wird er auch als Schwarzpigment für Lacke, Druckfarben und Tusche verwendet. Weiterhin wird Ruß zur Herstellung von Batterien benötigt.