Big Bang HTL 2, Schulbuch

k6bd3t 80 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Nichtmetalle und technische Gase 6 Wir haben uns in den vergangenen Kapiteln mit dem Aufbau der Welt aus verschiedenen Stoffen, mit den Atomen und dem Periodensystem beschäftigt. Nun wollen wir uns einige für Mensch und Technik bedeutende einzelne Elemente ansehen. 6.1 Wasserstoff Wasserstoff wurde früher zum Füllen von Luftschiffen verwendet, weil es das Gas mit der geringsten Dichte ist. Heute ist er unverzichtbar, wenn es um Düngemittel, Sprengstoffe, Gewinnung von Metallen und um Margarine geht. Wasserstoff ist das erste Element im Periodensystem. Er steht in der ersten Gruppe, besitzt nur 1 Proton sowie 1 Elektron, und hat die Elektronenkonfiguration 1s 1 . Von Wasserstoff existieren 2 weitere Isotope, nämlich Deuterium mit zusätzlich einem Neutron und Tritium mit zusätzlich 2 Neutronen. Wasserstoff ist das häufigste Element im Weltall. Auf der Erde kommt er hauptsächlich als Bestandteil der chemi- schen Verbindung Wasser vor: u. a. im Meer, in Flüssen, Seen und als Wasserdampf in der Luft. Einzelne H-Atome verbinden sich sofort mit einem zweiten Wasserstoffatom zu einem H 2 , einem Wasserstoffmolekül. Durch gemeinsames Benutzen ihrer Elektronen erreichen beide Wasserstoffatome Edelgaszustand. Wasserstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Er ist auch das „leichteste“ Gas, also physikalisch das Gas mit der geringsten Dichte. Wasserstoff ist brennbar, bei Zün- dung verbrennt er mit fast unsichtbarer blauer Flamme zu Wasser. 2 H 2 + O 2 ® 2 H 2 O Eine Mischung aus Wasserstoffgas und Sauerstoffgas nennt man Knallgasmischung. Bei Zündung explodiert sie ge- räuschvoll, das kann von einem leisen Pfeifen bis zu einem lauten Knall reichen. (Siehe Versuch 6.1.) Herstellung von Wasserstoff: Die technische Herstellung erfolgt nach wie vor hauptsäch- lich durch Dampfreformieren von Erdgas: Warum gilt Wasserstoff als Element der Zukunft? Warum gibt es in Österreich noch so wenige Wasser- stofftankstellen? Fast alle Pflanzenfette sind flüssig, z. B. Sonnenblu- menöl, Rapsöl, Sojaöl usw. Wie kommt es, dass es Margarine aus diesen Ölen gibt, die streichfähig ist und nicht „vom Brot rinnt“? F1 F2 F3 CH 4 + H 2 O ® CO + 3H 2 Erdgas + Wasserdampf ® Kohlenmonoxid + Wasserstoff Im Labor gewinnt man Wasserstoff oft durch Reaktion von Metallen mit verdünnter Salzsäure: Zn + 2 HCl ® H 2 + ZnCl 2 Ebenfalls möglich ist die Gewinnung aus Wasser durch Elek- trolyse. Dabei wird quasi die Verbrennungsreaktion umge- kehrt: 2 H 2 O ® 2 H 2 + O 2 Diese Möglichkeit wird vor allem dann herangezogen, wenn man Wasserstoff als alternative Energiequelle nutzen möch- te, zum Beispiel als Treibstoff in Autos. Verwendung von Wasserstoff: Früher benutzte man Wasserstoff als Füllgas für Ballons und Luftschiffe, davon ist man aufgrund der Brennbarkeit aber abgekommen. Wasserstoff in großen Mengen benötigt das Haber-Bosch- Verfahren (Kap. 8.1.1) zur Herstellung von Ammoniak. 60% des hergestellten Wasserstoffs werden für dieses Verfahren verwendet. Aus diesem Ammoniak werden dann Dünge- mittel und Sprengstoffe hergestellt. Auch als Reduktionsmittel in der chemischen Industrie wird Wasserstoff gebraucht. Die Metalle Wolfram, Molybdän und Cobalt werden aus ihren Oxiden hergestellt. Zur Reduktion dieser Oxide zu den reinen Metallen verwendet man Was- serstoff. WO 3 + 3 H 2 ® W + 3 H 2 O Wegen seiner hohen Wärmekapazität benutzt man Wasser- stoff auch als Kühlmittel in Kraftwerken. Aufgrund des ex- trem niedrigen Siedepunkts ist Wasserstoff bei sehr tiefen Temperaturen anwendbar. Eine Zukunftsanwendung könnte die Verwendung von Was- serstoff als Treibstoff darstellen ( F1 ). In Raketen ist die Verwendung von Wasserstoff als Treibstoff (flüssig, in Kombi- nation mit flüssigem Sauerstoff) üblich, in Autos (noch?) nicht. Wasserstoff als alternative Energie„quelle“: Noch Anfang dieses Jahrhunderts galt Wasserstoff als die Energiequelle der Zukunft. Erdöl und Kohle gehen zu Ende, das Wasserstoffzeitalter beginnt – so glaubte man. Auch in Österreich wollte man bis 2015 ein flächendeckendes Tank- stellennetz für Wasserstoff aufbauen. Stand Mitte 2015 gab es genau 2 Wasserstofftankstellen in Österreich, nämlich eine in Wien eine in Innsbruck, also von flächendeckend keine Spur. Woran liegt das? Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv