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Wasserstoff kommt in der unteren Erdatmosphäre in freiem Zustand nur spurenweise vor (5·10-5 Vol.%) [1]. Siehe auch: Zusammensetzung der Atmosphäre in Volumenprozent. Im Weltall ist es das häufigste Element

 [1] Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Holleman-Wiberg, de Gruyter, 1976, S. 49

Synthese und Analyse des Wasserstoffs

am .

Wasserstoff ist das leichteste ElementLex im Universum. Das Elementsymbol ist H. Wasserstoff kommt als Stoff molekularLex vor. 

Wasserstoff verbrennt an der Luft mit blauer Flamme.

Wasserstoff kommt praktisch nicht in unserer Luft vor, da er beim Entstehen durch die Atmosphäre ins Weltall gelangt. Man kann ihn herstellen (synthetisieren), indem man ein unedles Metall, wie z.B. Zink, mit Salzsäure reagieren lässt.

Sch Knallgas01

Den aufgefangenen Wasserstoff kann man mit Hilfe der Knallgasprobe nachweisen.

Knallgasprobe

 

 

 

 

 

 

Bei der Knallgasprobe reagiert der Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff. Die hierbei frei werdende Energie äußert sich unter anderem durch ein hörbares Geräusch.

Die Knallgasprobe ist eine Nachweisprobe für Wasserstoff. Wenn man auf diese Weise Wasserstoff nachweisen kann, sagt der Chemiker: "Die Knallgasprobe ist positiv verlaufen".

 

Wortreaktionsschema

Wasserstoff + Sauerstoff → Wasserstoffoxid (Wasser) / exotherm

 

Mit der Knallgasprobe kann man nicht nur den Wasserstoff nachweisen. Sie macht auch deutlich, dass Wasser eine Verbindung aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff ist.

Bei der Knallgasprobe im Reagenzglas macht man folgende Beobachtungen:

  • Man hört ein pfeifendes Geräusch => Energie wird frei (kleine Explosion) => Es hat eine exotherme Reaktion stattgefunden.
  • Das Reagenzglas wird warm => Energie wird frei (Wärme) => Es hat eine exotherme Reaktion stattgefunden.
  • Eine blaue Flamme zischt in das Reagenzglas hinein => Wasserstoff brennt - bevor er dann mit dem Luftsauerstoff reagiert - mit blauer Flamme => Wasserstoff ist brennbar.
  • Das Reagenzglas beschlägt im Inneren. Es entsteht eine farblose Flüssigkeit => Ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften ist entstanden. Es hat also eine chemische Reaktion stattgefunden.

 

 

Zusammenfassung

  • Synthese von Wasserstoff durch die Reaktion von Salzsäure mit einem unedlen Metall.
  • Nachweis von Wasserstoff mit der Knallgasprobe. Hierbei wird auch Wasser synthetisiert.

 

Das Reaktionsschema in Symbolformelschreibweise (Teil 1)

am .

Wir wollen am Beispiel der Knallgasreaktion klären, wie man ein Reaktionsschema in Symbolformelschreibweise aufstellt. Was es mit einem Wortreaktionsschema auf sich hat, haben wir ja schon beim Thema "Oxidation" geklärt.

Zunächst muss man wissen, dass man für die Stoffe - gleichgültig ob Edukte oder Reaktionsprodukte - Formeln "aufstellen" kann.

Das Elementsymbol für Wasserstoff ist H. Die Formel von Wasserstoff ist H2, da Wasserstoff molekular vorkommt.

Das Elementsymbol für Sauerstoff ist O. Die Formel von Sauerstoff ist O2, da Sauerstoff molekular vorkommt.

Die Formel von Wasser ist H2O. Wasser ist eine Verbindung aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff.

Eine Formel besteht also aus Elementsymbolen! Die tiefgestellten kleinen Indexzahlen geben das Anzahlverhältnis der Elemente in der Formel wieder.

Bestehen die Stoffe aus Molekülen, so spricht man bei der Formel auch von Summenformeln. Bei der Knallgasreaktionen sind also alle Formeln Summenformeln. Üblicherweise schreibt man die Formeln ordentlich unter die Wörter der Stoffe:

1. Zeile = Wortreaktionsschema

2. Zeile = Reaktionsschema in Symbolformelschreibweise

3. Zeile = Reaktionsschema in Modellschreibweise

 

Knallgasreaktion-Symbolformelschreibweise1

Zwei Wasserstoff-Moleküle reagieren mit einem Sauerstoff-Molekül zu zwei Wasser-Molekülen. Dabei wird mehr Energie frei, als man für das Zustandekommen der Reaktion benötigt hat. 

 

Die großen, hier blau geschriebenen, Zahlen vor den Formeln sind die sogenannten stöchiometrischen Zahlen. Es sind Multiplikatoren, die notwendig sind, damit auf der linken Seite des Reaktionspfeiles und auf der rechten Seite gleich viele Atome sind. Mit den stöchiometrischen Zahlen gleicht man also das Reaktionsschema aus.

Ein Reaktionsschema in Symbolformelschreibweise besteht also aus Formeln. Wenn gleich viele Atome auf der Edukt-Seite und der Produkt-Seite vorhanden sind, das Schema also richtig ausgeglichen ist, dann spricht man auch von einer Reaktionsgleichung.

 

Wenn du schon einmal schauen möchtest, wie es beim Aufstellen von Reaktionsschemata weiter geht, folge diesem Link.

Aktivierungsenergie

am .

Die meisten Reaktionen benötigen zunächst eine Energie, damit die Reaktion überhaupt abläuft. Manche Stoffe muss man anzünden oder erhitzen. Bei anderen genügt ein Funke. Diese zunächst den Stoffen zugefügte Energie nennt man AktivierungsenergieLex. Wird anschließend bei der Reaktion mehr Energie frei, als man anfangs zugefügt hat, so spricht man von einer exothermen Reaktion; wird weniger Energie frei, so spricht man von einer endothermen Reaktion.

exotherm

endotherm

Eine exotherme Reaktion ist also eine Reaktion, bei der die Aktivierungsenergie kleiner ist als die frei werdende Energie.

Bei einer endothermen Reaktion ist die Aktivierungsenergie größer als die Energie, die bei der Reaktion anschließend frei wird.

Bei der Entscheidung, ob eine Reaktion exotherm oder endotherm ist, geht es also um eine Bilanz.

Hier noch einmal am Beispiel der Knallgasreaktion:

knallgasreaktion-aktivierungsenergie

Verwendung des Wasserstoffs

am .

feuerballDa bei der Knallgasreaktion viel Energie frei wird und keine umweltschädlichen Stoffe entstehen, versucht man heute durch eine kontrollierte Verbrennung des Wasserstoffs (Brennstoffzelle) Kraftfahrzeuge anzutreiben.

auto

 

SaturnV-Apollo8Auch in der Raketentechnik  wurde Wasserstoff in Kombination mit Sauerstoff (beide in flüssigem Aggregatzustand) als Treibstoff verwendet. Die Saturn V, die für die Mondlandung eingesetzt worden ist, wurde mit diesem Treibstoffgemisch betrieben. Sie war eine der stärksten Raketen, die jemals gebaut wurden.

Heute werden vorwiegend andere Raketentreibstoffe verwendet.



Wasserstoff wird auch zum Schweißen und Schneiden von Metallen im Gemisch mit anderen Stoffen bei speziellen Schweißverfahren benutzt.

 

 

 

Früher wurde Wasserstoff zum Füllen von Luftschiffen verwendet, da es mit einer Dichte von 0,09 Gramm pro Liter wesentlich leicher als Luft ist (1,29 g/l).

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