Das Thema „LUFT“ im Chemieunterricht - ChidS

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3. Unsere Luft – Ein lebensnotwendiges Gasgemisch Somit ist die verbleibende Flüssigkeit – im Gegensatz zum Beginn – reicher an molekularem Sauerstoff und siedet erst später, also bei einem höheren Siedepunkt. Auf der Siedekurve läuft man somit weiter nach rechts. Unterbricht man die Destillation, erhält man einen Dampf der Zusammensetzung von etwa 12 % molekularem Sauerstoff und 88 % molekularem Stickstoff. Dies ist die Dampfzusammensetzung, aus der sich der neue Siedepunkt ergibt. Durch häufiges Wiederholen dieses Prozesses bekommt man am Ende einen Dampf aus reinem, molekularem Stickstoff und im Destillationsrückstand bleibt der molekulare Sauerstoff zurück. Da der Siedepunkt von Argon mit -186 °C zwischen molekularem Stickstoff und Sauerstoff liegt, entsteht bei der fraktionierten Destillation der flüssigen Luft entweder argonhaltiger Distickstoff oder argonhaltiger Disauerstoff. Sie sind das Ausgangsmaterial, aus dem durch nachfolgende chemische und physikalische Trennmethoden reines Argon gewonnen wird [15]. 18
4. Der molekulare Stickstoff – „Verdorbene“ Luft 4. Der molekulare Stickstoff – „Verdorbene Luft“ Etwa 78 % der Luft bestehen aus Distickstoff. Dies ist das Hauptvorkommen des Elementes Stickstoff. In Mineralien liegt es in gebundener Form meist als Nitrat vor, z.B. im Chilesalpeter als Natriumnitrat [16]. Stickstoff ist für den Menschen essentiell, da er z.B. sowohl in Aminosäuren, in den Proteinen als auch in den Pyrimidin- und Purinbasen der DNA/RNA enthalten ist [17]. Gewonnen wird molekularer Stickstoff hauptsächlich durch Destillation flüssiger Luft (vgl. Kap. 3.4 „Technische Gewinnung der Hauptinhaltsstoffe“). 4.1 Woher kommt der Name Distickstoff? Molekularer Stickstoff wurde 1772 u.a. von Scheele entdeckt, der ihn als „verdorbene Luft“ bezeichnet [16]. Abb. 9: Carl Scheele Um zu demonstrieren, wie Scheele den Distickstoff entdeckte, kann man die Schüler im zweiten Halbjahr der Klassenstufe 8 zum Thema „Quantitative Zusammensetzung der Luft“ folgenden Versuch, verändert nach [18] in Kleingruppen bzw. als experimentelle Hausaufgabe (vgl. Arbeitsblatt 2 „Hausaufgabenversuche zur Zusammensetzung der Luft“) durchführen lassen: Eine brennende Kerze, die auf Wasser schwimmt und sich unter einem Erlenmeyerkolben befindet, erstickt nach einiger Zeit (vgl. Versuch 1.1 „Eine Kerze erStick(stoff)t!“). Das Gas hat also wegen seiner erstickenden Wirkung auf eine Flamme bzw. Lebewesen seinen Namen bekommen. Weiterhin wird ein wenig Wasser in den Erlenmeyerkolben gesogen und der größte Teil der vorhandenen Luft nicht verbraucht. Dies gibt den Schülern einen ersten Hinweis auf die genauere Zusammensetzung der Luft. 4.2 Physikalische Eigenschaften Molekularer Stickstoff ist bei Standardbedingungen ein farb-, geschmack- und geruchloses Gas, dessen Dichte 1,25 g/L (bei 0 °C, 1,013 bar und 45° geographischer Breite) beträgt. 19
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