Stoffe, Schulbuch

1 Kapitelname 3 Chemische R aktionen b stimmen unser Leben 32 3.4 Die Verbrennung liefert Energie Abb. 32.1: Ablauf einer Verbrennung Abb. 32.4: Sauerstoffnachweis mit der Spanprobe Abb. 32.3: Vergleich der Verbrennung von Schwefel in Luft (links) und in reinem Sauerstoff Abb. 32.2: Energieverlauf einer Verbrennung Energieschema einer exothermen Reaktion Bei allen Reaktionen, die wir im letzten Kapitel kennen gelernt und auspro- biert haben, wurden nicht nur Stoffe verändert, es wurde auch Energie frei. Das Eisen hat nach dem Anzünden von selbst weitergeglüht, aber auch die Verbrennung von Schwefel, Holzkohle (Grillen) und von Methan liefert Ener- gie. Unsere wichtigsten Energielieferanten als Treibstoffe und Heizmaterial sind aber Kohlenwasserstoffe , die aus Erdöl und Erdgas gewonnen werden. Verwandeln sich bei einer chemischen Reaktion energiereiche in energiearme Stoffe, dann wirdWärme frei. Solche Reaktionen nennt man exotherm (griech.: exo = heraus, therm = Wärme). Alle Verbrennungsreaktionen sind exotherme Reaktionen und werden hauptsächlich zur Energieerzeugung durchgeführt. Exotherme Reaktionen : Reaktionen bei denen Energie frei wird (zB Verbrennung) Exotherme Reaktionen laufen normalerweise freiwillig ab. So verbrennen die Energieträger Benzin oder Erdgas, wenn sie einmal angezündet sind und genug Luft zur Verfügung steht, vollständig. Bei Luftmangel können bei Ver- brennungsreaktionen viele verschiedene Stoffe entstehen, die man nicht in einfachen Reaktionsgleichungen aufschreiben kann. Zigaretten Rauchen ist zB eine solche Verbrennung unter Luftmangel, die man auch Verschwelung nennt. Wir haben schon im letzten Kapitel gesehen, dass der Sauerstoff der Luft für die Verbrennung notwendig ist. Der Stickstoff beteiligt sich nicht an der Ver- brennungsreaktion. Wir wollen nun untersuchen, was geschieht, wenn man den Stickstoff bei der Verbrennung wirklich weglässt, also in reinem Sauer- stoff verbrennt. Dazu beobachten wir Versuch 33.1. Wir sehen, dass die Ver- brennungsreaktionen in reinem Sauerstoff viel rascher ablaufen als an Luft. Es entsteht dabei eine höhere Temperatur, die Flammen leuchten daher heller. Dies dient auch zum Nachweis von reinem Sauerstoff mit der Spanprobe . Ein an der Luft bloß glimmendes Holzstäbchen (Verbrennung verläuft langsam) entflammt in reinem Sauerstoff. Die raschere Reaktion und die höhere Temperatur beim Verbrennen in reinem Sauerstoff nützt man beim Schweißbrenner aus. Dabei verbrennt man ein Gas (meist Acetylen) unter Zufuhr von reinem Sauerstoff. Es entsteht eine Temperatur von fast 3000 °C. Mit dieser heißen Flamme lassen sich auch schwer schmelzbare Metalle wie Eisen schmelzen. Ein Schweißdraht, der beim Schweißen in die Flamme gehalten wird, schmilzt und verbindet nach dem Abkühlen und Erstarren die zwei Eisenteile fest miteinander. Auch zum Schneiden von Metallteilen lässt sich der Schweißbrenner verwen- den. Will man beispielsweise ein dickes Eisenblech auseinander schneiden, so erhitzt man es zuerst mit dem Schweißbrenner zu heller Glut, dann dreht man die Acetylenzufuhr ab. In reinem Sauerstoff verbrennt das heiße Eisen. Ein Funkenregen aus Eisenoxid wird weggeblasen und ein Loch entsteht. Durch langsames Weiterführen des Sauerstoffstrahls entsteht eine Schnittfuge. Ver- such 33.2 zeigt den Vorgang im Modell mit der viel leichter „schneidbaren“ Eisenwolle. Mit Schweißbrennern muss man vorsichtig umgehen. Die Druckflaschen der Gase Acetylen und Sauerstoff müssen vor Hitze geschützt und auf einem Fla- schenwagen vor dem Umfallen gesichert sein. Die Sauerstoffflasche ist blau oder grau mit weißer Schulter, die Acetylenflasche rotbraun mit rotbrauner Schulter. Das ist wichtig, um Verwechslungen zu vermeiden. Beim Anzünden darf zuerst nur das Acetylen aufgedreht und angezündet werden, erst dann wird der Sauerstoff zugeleitet. Ein Gemisch aus Acetylen und reinem Sauer- stoff würde beim Anzünden heftig explodieren. Kohlen- wasserstoffe Luft Verbrennungs- produkte Energie Energie Reaktionsverlauf Energiereiche Ausgangsstoffe (Kohlenwasserstoffe und Luft) Energiearme Endstoffe (Verbrennungs- produkte) Freiwerdende Energie (Wärme) Luft Sauer- stoff Schwefel Luft Span glimmt Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv