Oh nein! Die Gasflaschen in Abbildung 1 stehen schon sehr lange draußen, sodass du die Etiketten nicht mehr lesen kannst. Welches Gas befindet sich in welcher Gasflasche? Viele Gase sind geruch- und farblos, sodass du sie nicht voneinander unterscheiden kannst. So ist es auch bei den Gasen, aus denen unsere Luft zusammengesetzt ist. Die Luft ist ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Sie enthält aber auch Anteile von Kohlenstoffdioxid, Argon, Helium, Wasserstoff und weitere Gase.
Du wirst die Gase in den Gasflaschen wahrscheinlich nicht einfach voneinander unterscheiden können. Manche Gase, wie Chlor, können auch giftig sein. Am besten führst du Nachweis-Reaktionen durch und berücksichtigst die Sicherheitsregeln, um herauszufinden, welche Gase sich in den Gasflaschen befinden.
In diesem Artikel zeigen wir dir, welche Tests du durchführen kannst, um Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid zu identifizieren.
Nachweis von Wasserstoff – es knallt
Wasserstoff kannst du im gasförmigen Zustand nicht sehen und auch nicht riechen. Wenn bei einem Experiment ein farb- und geruchloses Gas entsteht, kann es sich um Wasserstoff handeln. Wenn du wissen möchtest, ob dieses Gas tatsächlich Wasserstoff ist, kannst du die Knallgasprobe durchführen:
- Du fängst das Gas in einem Reagenzglas auf und verschließt das Reagenzglas schnell mit deinem Daumen, damit das Gas nicht entweichen kann (Abb. 2.1).
- Dann hältst du das Reagenzglas an eine Flamme (Kerze, Feuerzeug oder Brenner) und öffnest das Reagenzglas, indem du den Daumen wegnimmst (Abb. 2.2).
- Wenn du dann ein ploppendes oder pfeifendes Geräusch hörst, ist das Gas Wasserstoff (Abb. 3).
Tipp: Schalte deine Lautsprecher ein, wenn du dir Abbildung 3 anschaust!
Bei dem Ploppen oder Pfeifen findet eine kleine Explosion statt. Nimmst du den Daumen vom Reagenzglas weg, mischt sich der Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft zu einem explosiven Gemisch. Durch das Feuer aktivierst du eine Reaktion zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoff, bei der Wasser entsteht und Energie frei wird: \(\ce{2 H2 + O2 -> 2 H2O}\)
Übrigens: Je mehr Wasserstoff und gleichzeitig auch Sauerstoff im richtigen Mischverhältnis vorhanden ist, desto stärker ist die Explosion. In Abbildung 4 ist der Luftballon mit Wasserstoff befüllt. Mithilfe der Flamme wird der Luftballon zerstört. Wasserstoff und Sauerstoff mischen sich. Die Flamme der Kerze am Stab setzt die explosionsartige Reaktion in Gang. Dabei wird Energie freigesetzt, die du an dem großen Knall hören kannst. Durch den Knall hat die Reaktion als Knallgasreaktion ihren Namen erhalten. Das Gasgemisch von Wasserstoff und Sauerstoff in dem Verhältnis von 2:1 nennen wir auch Knallgas.
Tipp: Schalte deine Lautsprecher ein, wenn du dir Abbildung 4 anschaust. Achte zudem auf die Tafel im Hintergrund! Dort siehst du schön das entstehende Wasser.
Nachweis von Sauerstoff – es glimmt und glüht
Verbrennungen benötigen Sauerstoff. Diese Eigenschaft machen wir uns bei dem Nachweis von Sauerstoff zu Nutze. Wenn bei einem Experiment ein Gas entstanden ist und du wissen möchtest, ob es sich dabei um Sauerstoff handelt, kannst du die Glimmspanprobe durchführen:
- Fange das Gas in einem Reagenzglas auf und verschließe es mit einem Stopfen (Abb. 5.1).
- Zünde einen Glimmspan an und puste so vorsichtig, dass die Flamme nicht ausgeht, sondern dass der Span weiter glüht.
- Öffne das Reagenzglas, indem du den Stopfen entfernst, und halte den Glimmspan in das Reagenzglas hinein (Abb. 5.2).
- Wenn der Glimmspan heller leuchtet oder sogar aufflammt, dann ist Sauerstoff vorhanden (Abb. 6).
Durch den Sauerstoff findet eine chemische Reaktion in Form einer Verbrennung statt. Bei dieser Reaktion reagiert der Sauerstoff mit dem Holz zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Es handelt sich hierbei um eine Redox-Reaktion. Holz besteht zum großen Teil aus Cellulose, die aus Glucose aufgebaut ist. Deswegen verwenden wir in der Reaktionsgleichung vereinfacht die Formel für Glucose: \(\ce{O2 + C6H12O6 -> 6 CO2 + 6 H2O}\)
Nachweis von Kohlenstoffdioxid – eine Flamme erlischt
Wenn du Kohlenstoffdioxid nachweisen möchtest, gibt es zwei Möglichkeiten. Bei der ersten Variante kannst du mit Kohlenstoffdioxid ein Feuer löschen bzw. eine Verbrennung stoppen. Wegen dieser Eigenschaft findest du Kohlenstoffdioxid auch in manchen Feuerlöschern wieder. Fängst du Kohlenstoffdioxid in einem Becherglas auf, bleibt das Kohlenstoffdioxid am Boden des Becherglases, weil es eine höhere Dichte als die anderen Gase in der Luft hat. Zündest du eine Kerze an und stellst sie in das Glas, verdrängt das Kohlenstoffdioxid den Sauerstoff, der für die Verbrennung des Kerzenwachses benötigt wird. Die Flamme erlischt (Abb. 7).
Übrigens: Dieser Nachweis ist nicht spezifisch für Kohlenstoffdioxid. Du kannst den Versuch auch mit Stickstoff durchführen und die Flamme des Teelichts ebenso löschen. Wenn du dir sicher sein möchtest, dass das Gas Kohlenstoffdioxid ist, solltest du noch eine weitere Probe durchführen, z.B. die Kalkwasserprobe.
Du kannst Kohlenstoffdioxid auch anders nachweisen, nämlich mit der Kalkwasserprobe:
- Dafür leitest du das Kohlenstoffdioxid in Kalkwasser ein.
- Wenn sich das Kalkwasser trübt, ist Kohlenstoffdioxid vorhanden.
Wenn du Kalkwasser herstellen möchtest, dann löst du Calciumoxid oder Calciumhydroxid in Wasser. In dem Kalkwasser ist dann gelöstes Calciumhydroxid vorhanden. Wenn du Kohlenstoffdioxid in das Kalkwasser einleitest, reagieren die Calcium- und Hydroxid-Ionen mit dem Kohlenstoffdioxid zu Calciumcarbonat und Wasser. Das Calciumcarbonat ist ein schwerlösliches Salz, welches ausfällt, sodass du es dann als weißen Feststoff erkennen kannst (Abb. 8). Du kennst Calciumcarbonat als Kalk. Daher kommt der Name der Kalkwasserprobe: \(\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O}\).
Zusammenfassung
Um Gase zu unterscheiden, nutzt du unterschiedliche chemische Reaktionen, die bei bestimmten Nachweisen ablaufen. Bei Wasserstoff wendest du die Knallgasprobe an. Wasserstoff und Sauerstoff reagieren explosionsartig zu Wasser. Bei dem Nachweis von Sauerstoff führst du die Glimmspanprobe durch. Dabei reagieren Cellulose und Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Kohlenstoffdioxid verdrängt die Luft mit dem Sauerstoff, sodass du mit Kohlenstoffdioxid Flammen ersticken und die Reaktionen bei Verbrennungen unterbrechen kannst. Leitest du Kohlenstoffdioxid in Kalkwasser, reagiert das Gas mit Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat und Wasser. Das Calciumcarbonat erkennst du an der weißen Trübung (Kalkwasserprobe).