Stoffe, Schulbuch

1 Kapitelname 30 3 Chemische R aktionen b stimmen unser Leben 3.2 Die Zusammensetzung der Luft Ein Stoff kann nur dann brennen, wenn Luft zugeführt wird. Beim Heizen im Ofen sorgt eine Luftklappe für ständige Luftzufuhr, bei modernen Gas- und Ölheizun- gen fördert der Brenner mit einer Pumpe Luft in die Flamme. Will man einen kleinen Brand löschen, so unterbindet man die Luftzufuhr zB durch Austreten des Feuers mit der Schuhsohle, durch Abdecken mit einem schlecht brennbaren Gegenstand (Löschdecke) oder mit Sand. Ohne Luft geht das Feuer aus. Auch Versuch 31.1 zeigt dies. Bei der Verbrennungsreaktion wird also nicht nur der Brennstoff , sondern auch Luft verbraucht. Bei der Verbrennung wird nicht die gesamte Luft verbraucht, sondern nur etwa ein Fünftel. Dieses Fünftel der Luft nennt man Sauerstoff . Er bewirkt die Verbrennung. Die etwa vier Fünftel unverbrauchtes Restgas sind nicht mehr in der Lage, eine Verbrennung aufrecht zu erhalten, die Flamme „erstickt“. Dieser Teil der Luft wird Stickstoff genannt. Sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff sind Elemente. Sauerstoff besteht aus O 2 - Elementmolekülen, Stickstoff aus N 2 -Elementmolekülen. Als ungefähre Zusam- mensetzung der Luft kann man also O 2 + 4 N 2 anschreiben. Das Pluszeichen bedeutet, dass ein Gemenge vorliegt, 4 N 2 bedeutet, dass die Stickstoffmoleküle viermal so häufig sind wie die Sauerstoffmoleküle. Genauere Untersuchungen haben ergeben, dass Luft zu 21 % aus Sauerstoff, zu 78 % aus Stickstoff und zu 1 % aus anderen Gasen besteht. Dieses Prozent macht hauptsächlich das Edelgas Argon aus, aber auch andere Gase wie das relativ sel- tene, aber für die Pflanzen wichtige Kohlenstoffdioxid CO 2 (0,036 %). Die Angaben zur Luftzusammensetzung beziehen sich auf trockene Luft. In der Natur enthält die Luft noch Wasserdampf ( Luftfeuchtigkeit ). Der Wasserdampf- gehalt schwankt sehr stark, je nach Temperatur und Wettergeschehen kann die Schwankung einige Prozent betragen. 3.3 Die Verbrennung – Reaktion mit Sauerstoff Die Verbrennung ist eine Reaktion mit Sauerstoff. Ist der Sauerstoff verbraucht, so erlischt die Flamme (Versuch 31.1). Sauerstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, das sehr reaktionsfreudig ist. Die Reaktion mit Sauerstoff heißt Oxidation . Oxidation kann: • langsam erfolgen (Rosten, Korrosion, Verrotten) • schnell erfolgen (Verbrennung, Explosion) Verbrennt man Eisen (Versuch 31.5), lässt sich die Massenzunahme gut beobach- ten. In diesem Fall entsteht aus Eisen Fe und Sauerstoff O 2 Eisen(III)-oxid Fe 2 O 3 . Es ist eine Verbindungen zwischen Metall und Sauerstoff entstanden, also ein Metalloxid . Sowohl ihre Namen als auch ihre Formeln kennen wir schon von den Regeln zur Salzbenennung. Salze sind immer Feststoffe, wir konnten also die Massenzunahme vom Metall zum Metalloxid mit einer Waage leicht feststellen (Versuch 31.5). Verbrennen wir Nichtmetalle wie zB Schwefel oder Kohlenstoff (Versuch 31.2), so entsteht kein festes Verbrennungsprodukt. Bei der Verbrennung von Schwefel entsteht gasförmiges, stechend riechendes Schwefeldioxid , bei der Verbrennung von Kohlenstoff gasförmiges, fast geruchloses Kohlenstoffdioxid . Reaktionsgleichungen: S + O 2 → SO 2 C + O 2 → CO 2 Da wir Gase nicht so leicht abwiegen können wie Feststoffe, können wir mit ein- fachen Mitteln keine Massenzunahme durch die Sauerstoffaufnahme feststellen, sie tritt aber genauso ein wie bei den Metalloxiden. Abb. 30.1: Der Stickstoff der Luft wird bei der Verbrennung nicht verbraucht. Abb. 30.2: Die Zusammensetzung der Luft Verbrennung Stickstoff Sauerstoff Luft Stickstoff Abgase Stickstoff Sauerstoff andere zB Argon, Kohlenstoffdioxid Relative Luftfeuchtigkeit: Angabe in rel. % 60 rel. % Luftfeuchtigkeit bedeutet, dass die Luft 60 % der maximalen Wassermenge aufgenommen hat. Die maximal aufnehmbare Wasser- menge hängt von der Temperatur ab. (Je wärmer die Luft, desto mehr Wasser kann sie aufnehmen.) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv