Luft und Verbrennung Chemische Verbindungen mit Sauerstoff O

Luft und Verbrennung Chemische Verbindungen mit Sauerstoff O 2

Metalle verbrennen • Nicht nur Kohlenstoffverbindungen wie Erdölprodukte und Holz verbrennen. • Auch die meisten Metalle können verbrennen. • Eisen Fe, Natrium Na, Aluminium Al, Chrom Cr, Nickel Ni, Kupfer Cu, Zink Zn, Silber Ag, Quecksilber Hg, Blei Pb Chemie M. Hügli

Die Rolle des Sauerstoffs • Bei allen Verbrennungsvorgänge spielt Sauerstoff eine wichtige Rolle. • Eine Kerze erlöscht, wenn sie keinen Sauerstoff O 2 mehr hat. • Ein Glimmspan leuchtet hell auf, wenn man ihn in reinen Sauerstoff hält. • Verbrennen heisst also immer, einen Stoff mit Sauerstoff in eine Verbindung bringen. Chemie M. Hügli

• Verbrennungsvorgänge sind immer chemische Reaktionen. Es entstehen nämlich immer neue Stoffe mit neuen Stoffeigenschaften und man benötigt jeweils eine Aktivierungsenergie. Chemie M. Hügli

Magnesium verbrennen • So können wir beispielsweise das Metall Magnesium Mg in einer Bunsenbrennerflamme entzünden. • Magnesium verbindet sich dabei mit dem Sauerstoff O 2 aus der Luft bei einer sehr hellen Flamme zu Magnesiumoxid Mg. O. • Das Magnesiumoxid kennen wir aus dem Sportunterricht als Magnesia. Chemie M. Hügli

Metalle, die nicht brennen • Kann sich aus einem bestimmten Grund kein Sauerstoffatom O an ein Metall binden, lässt sich das Metall auch nicht verbrennen. • So kann man beispielsweise Platin Pt und Gold Au nicht verbrennen (mit Sauerstoff verbinden). Chemie M. Hügli

Zerteilungsgrad • Es wird uns nicht gelingen, eine Eisenbahnschiene anzuzünden, obwohl sie aus Eisen besteht und sich Eisen mit Sauerstoff verbinden lässt. • Eine Eisenbahnschiene hat eine zu geringe Oberfläche. • Nur gerade die äusserste Schicht lässt sich mit Sauerstoff oder anderen Stoffen verbinden. Chemie M. Hügli

Zerteilungsgrad • Teilen wir einen Stoff in kleine Einzelteile bekommen wir eine Oberflächenvergrösserung. Chemie M. Hügli

Zerteilungsgrad • Diese Oberflächenvergrösserung sorgt nun dafür, dass sich viel mehr Angriffspunkte für eine chemische Verbindung mit einem anderen Stoff bieten. • So gelingt es uns einfach, Eisenpulver mit Sauerstoff zu verbinden, also zu verbrennen. Chemie M. Hügli

Zerteilungsgrad • Je grösser die Oberfläche ist, umso grösser ist der Zerteilungsgrad und umso grösser ist die Reaktionsfreudigkeit. Chemie M. Hügli

Entzünden von Eisenwolle • Eisenwolle Fe lässt sich einfach mit einem Feuerzeug oder sogar mit einer 4. 5 V Batterie entzünden. • Nach der Verbrennung stellt man fest, dass das Reaktionsprodukt eine grössere Masse hat als der Ausgangsstoff Eisen Fe. Chemie M. Hügli

• Durch die Verbindung von Eisen Fe mit Sauerstoff O 2 kommt es zu einer Massenzuname. • Im Reaktionsprodukt Eisenoxid Fe 2 O 3 hat sich nun zum Eisen Fe Sauerstoff O 2 gebunden, darum können wir auf der Waage eine Massenzunahme feststellen. Chemie M. Hügli

Bestandteile der Luft • Die Luft ist ein homogenes Stoffgemisch verschiedener Gase: • 78% Stickstoff N 2 • 21% Sauerstoff O 2 • 1% Edelgase (Helium He, Neon Ne, Argon Ar, Krypton Kr und Xenon Xe) • 0, 03% Kohlenstoffdioxid CO 2 Chemie M. Hügli

Sauerstoff O 2 • Sauerstoff O 2 alleine brennt nicht. • Sauerstoff ist aber als einer der Ausgangsstoffe bei jeder Verbrennung beteiligt. • Sauerstoff O 2 hat keinen Geschmack und auch keinen Geruch. • Um Sauerstoff nachweisen zu können, dient die Glimmspanprobe: Chemie M. Hügli

Glimmspanprobe • Ein noch glühender Holzspan wird in den zu prüfenden Stoff gehalten. Glüht dabei der Holzspan wieder hell auf und beginnt, wieder zu brennen, handelt es sich beim zu prüfenden Stoff um Sauerstoff O 2 Chemie M. Hügli

Edelgase • Edelgase wie Helium He, Neon Ne, Argon Ar und Xenon gehen keine chemischen Bindungen ein und kommen darum immer nur als Atom vor. • Keine chemische Bindung, weil die äusserste Elektronenschalen komplett gefüllt ist. Chemie M. Hügli

Kohlenstoffdioxid CO 2 • Der Kohlenstoffdioxid ist dichter als die Luft. • Da jede Verbrennung Sauerstoff benötigt, kann man mit Kohlenstoffdioxid ein Feuer löschen, da es dem Brennstoff den Sauerstoff entzieht. • Beispiel: Brennende Kerze im Becherglas CO 2 hineinschütten Chemie M. Hügli

Kohlenstoffdioxid CO 2 Nachweis • Kohlenstoffdioxid CO 2 kann man mit Kalkwasser nachweisen: • Kalkwasser trübt sich, wenn es mit Kohlenstoffdioxid CO 2 durchströmt wird. • Kohlenstoffdioxid entsteht aus Reaktionen von Kohlenstoff C, Kohlenstoffverbindungen xx. C mit Sauerstoff O 2. Chemie M. Hügli

Oxidationen • Verbrennungen, das heisst Verbindungen mit Sauerstoff O 2, bezeichnet man als Oxidationen. • Die Reaktionen von Oxidationen sind darum die verschiedenen Oxide. • Es gibt Metall- und Nichtmetalloxide Chemie M. Hügli

Metalloxide • Eisen Fe + Sauerstoff O 2 Eisenoxid Fe 2 O 3 • Magnesium Mg + Sauerstoff O 2 Magnesiumoxid Mg. O • Blei Pb + Sauerstoff O 2 Bleioxid Pb. O • Kupfer Cu + Sauerstoff O 2 Kupferoxid Cu 2 O • Zink Zn + Sauerstoff O 2 Zinkoxid Zn. O Chemie M. Hügli

Metalloxide • Gemeinsame Stoffeigenschaften der Metalloxide: • Leiten den Elektrischen Strom (ungelöst) nicht. • Sind spröde (brüchig). • Haben hohe Schmelztemperaturen. Z. B. Eisenoxid: 1565°C (Eisen Fe: 1538°C, Sauerstoff O 2: -218°C) Chemie M. Hügli

Nichtmetalloxide • Kohlenstoff + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid CO 2 • Schwefel + Sauerstoff Schwefeldioxid SO 2 • Stickstoff + Sauerstoff Stickstoffmonoxid N 2 O (Lachgas) Chemie M. Hügli

Metalleigenschaften • Alle Metalle haben gemeinsame Eigenschaften: • Sie leiten den elektrischen Strom. • Sie leiten Wärme. • Sie haben eine silber-glänzende Oberfläche. • Sie sind bei Raumtemperatur fest (ausser Quecksilber Hg!) Chemie M. Hügli

Bindungsbestreben • Das Bindungsbestreben hängt einerseits vom Zerteilungsgrad ab. • Zum andern haben Metalle verschiedene natürliche Bindungsbestreben zu Sauerstoff O 2. • So reagiert Magnesium Mg heftiger mit Sauerstoff O 2 als Eisen Fe. Chemie M. Hügli

Bindungsbestreben • Am Beispiel des Anzündens von Eisenwolle und Magnesiumband beobachtbar: • Obwohl die Eisenwolle Fe einen höheren Zerteilungsgrad hat, brennt Magnesium Mg mit einer helleren und heisseren Flamme. Chemie M. Hügli

Bindungsbestreben • Noch weniger heftig reagiert Kupfer Cu mit Sauerstoff O 2. • Beobachtbar beim Hineinblasen von Eisenpulver Fe und Kupferpulver Cu in die Bunsenbrennerflamme. Chemie M. Hügli

Bindungsbestreben • Edle Metalle wie Gold Au, Silber Ag und Platin Pt, haben nur ein ganz geringes Bestreben, mit Sauerstoff eine Bindung einzugehen. • Platin Pt lässt sich auch in der heissen Bunsenbrennerflamme nicht entzünden, also nicht mit Sauerstoff O 2 verbinden. Chemie M. Hügli

Bindungsbestreben • Unedle Metalle wie Eisen Fe, Magnesium Mg und Zink Zn reagieren gut mit Sauerstoff. Chemie M. Hügli

Elemente • Wir kennen heute 118 Elemente. • 4/5 aller Elemente sind Metalle. • Elemente bestehen aus lauter gleichen, gleich grossen kleinsten Teilchen. • Die kleinsten Teilchen eines einzelnen Elements, auch als Atome bezeichnet, kann man chemisch nicht weiter aufteilen. Chemie M. Hügli

• Einzelne Elemente bestehen bereits aus Atomverbindungen Chemie M. Hügli

Verbindungen • So kommt nie einzelnes Sauerstoffatom O vor. Ein Sauerstoffatom hat sich immer mit einem zweiten verbunden. • Man spricht vom Sauerstoffmolekül O 2 (zwei Sauerstoffatome chemisch miteinander verbunden) Chemie M. Hügli

Verbindungen • Sobald ein Stoff aus mehr als aus einzelnen Atomen besteht, sprechen wir von Verbindungen. • Edelgase gehen keine Verbindungen ein und kommen darum immer als einzelne Atome vor. Chemie M. Hügli

Schwefeldioxid SO 2 • Auch das Nichtmetall Schwefel S lässt sich verbrennen, also mit Sauerstoff O 2 verbinden. • Schwefel verbrennt mit einer blauen Flamme. • S + O 2 SO 2 (giftiges Gas!) Chemie M. Hügli

Flamme - Verglühen • Bei Verbindungen mit Sauerstoff O 2 (also Verbrennungen) können wie sowohl Flammen als auch ein Verglühen beobachten. • Wird ein Stoff im gasförmigen Aggregatzustand verbrannt, können wir eine Flamme beobachten. • Verbrennt jedoch ein fester oder flüssiger Stoff, beobachten. Chemie wir. M. Hügli ein Verglühen ohne

Flamme - Verglühen • Beispiele: • Benzin brennt mit einer Flamme. Das heisst, es brennen nur die Benzindämpfe. • Eisenwolle verglüht ohne Flamme. Eisen wird also vor der Verbrennung nicht gasförmig. • Kerzenwachs wird zuerst gasförmig und verbrennt dann mit einer Flamme. Chemie M. Hügli

Langsame Oxidationen • Eisen lässt sich bei einem genug hohen Zerteilungsgrad anzünden rasche Oxidation (Verbindung mit Sauerstoff) • Eisen rostet aber auch langsame Oxidation. Chemie M. Hügli

Langsame Oxidation • Auch beim Vergleich vom luftdicht verpackten Magnesium Mg mit Magnesium, das dem Sauerstoff über längere Zeit ausgesetzt war, können wir eine Stoffumwandlung (langsame Oxidation) beobachten. Chemie M. Hügli

3 Dinge benötigt ein Feuer • Brennbarer Stoff: • Das ist ein Stoff, der sich mit Sauerstoff O 2 verbinden lässt und einen genügend grossen Zerteilungsgrad hat. • Beispiele: Kohlenstoffverbindungen wie Erdölprodukte (Benzin, Heizöl, Kerosin), Kerzenwachs, Alkohole. Metalle (Eisen Fe, Magnesium Mg, Zink Zn), Wasserstoff H 2 Chemie M. Hügli

3 Dinge benötigt ein Feuer • Eine genügend hohe Zündtemperatur • Verschiedene Stoffe haben eine unterschiedlich hohe Zündtemperatur. • Beispiele: Benzin 220°C, Heizöl 350°C, Papier 440°C, Erdgas 650°C Chemie M. Hügli

3 Dinge benötigt ein Feuer • Sauerstoff O 2 • Ohne Sauerstoff kann es zu keinem Feuer kommen. • Viele Brandbekämpfungsmethoden basieren darum auf Sauerstoffentzug. Chemie M. Hügli

Feuer löschen • Entzug vom brennbaren Stoff: • Bei der Oxidation der Kohlenstoffverbindung Holz (also beim Lagerfeuer; -) wird grosszügig um den Reaktionsplatz Laub und Holz weggeräumt, damit es nicht zum unkontrollierten Brand kommt. Chemie M. Hügli

Feuer löschen • Abkühlen • Der brennbare Stoff wird unter seine Zündtemperatur gekühlt. Meist in Form von Wasser. Chemie M. Hügli

Feuer löschen • Entzug von Sauerstoff O 2 • Kohlenstoffdioxid- und Schaum- Feuerlöscher verhindern, dass das Feuer genügend Sauerstoff bekommt. • Auch Wasser kann zum Sauerstoffentzug beitragen. Chemie M. Hügli