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Die Hauptbestandteile der Luft

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Die Autor*innen
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André Otto
Die Hauptbestandteile der Luft
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Die Hauptbestandteile der Luft

Inhalt

Bestandteile der Luft – Chemie

Luft ist die Grundlage für unser Überleben. Wir atmen täglich etwa 12 000 Liter davon ein. Doch aus was besteht Luft eigentlich genau? Das wollen wir uns in den folgenden Abschnitten einmal genauer ansehen.

Zusammensetzung der Luft – einfach erklärt

Die Luft ist ein Gemisch aus Gasen, das die Erde und damit auch uns umgibt. Der größte Teil der Luft, die wir atmen, besteht aus Stickstoff ($\ce{N}$) (elementar tritt Stickstoff nur in Form zweiatomiger Moleküle, auch Distickstoff ($\ce{N2}$) genannt, auf) und macht etwa 78,08 Volumenprozent aus. An zweiter Stelle steht Sauerstoff ($\ce{O2}$) mit einem Anteil von etwa 20,95 Volumenprozent, gefolgt vom Edelgas Argon (Ar) mit etwa 0,9 Volumenprozent. Hingegen beträgt der Volumenanteil von Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) nur etwa 0,03 Volumenprozent. Die übrigen Bestandteile sind andere Edelgase wie Helium ($\ce{He}$), Neon ($\ce{Ne}$), Xenon ($\ce{Xe}$) und andere Gase, wie Kohlenstoffmonoxid ($\ce{CO}$) und Ozon ($\ce{O3}$). Wegen ihres geringen Anteils werden sie auch als Spurengase bezeichnet.

Wie wir nun wissen, setzt sich die Luft unserer Atmosphäre aus unterschiedlichen Gasen zusammen. Bevor wir uns die drei Hauptbestandteile – Stickstoff, Sauerstoff und Argon – genauer ansehen, kannst du dir zur besseren Übersicht noch einmal die Abbildung über die chemische Zusammensetzung der Luft anschauen.

Zusammensetzung der Luft

Die Hauptbestandteile der Luft haben unterschiedliche chemische Eigenschaften und spielen in biologischen Systemen, aber auch für die Industrie, eine wichtige Rolle. Welche das sind, und wo diese eingesetzt werden, schauen wir uns nun näher an.

Luft – Hauptbestandteile

Alle drei Hauptbestandteile der Luft haben gemeinsam, dass sie farb-, geruch- und geschmacklose Gase sind. In Bezug auf die Reaktivität ist Argon sehr träge, da es ein Edelgas ist. Im Vergleich dazu hat Stickstoff eine höhere chemische Aktivität und Sauerstoff ist sehr reaktiv. Argon ist also chemisch betrachtet „sehr faul“, weshalb es so gut wie keine Verbindungen mit Argon gibt. Auch Stickstoff ist chemisch relativ träge. Es kann jedoch zum Beispiel durch einen Blitzschlag zur Reaktion gebracht werden. Auf diese Reaktion werden wir im nächsten Abschnitt näher eingehen.
Im Gegensatz dazu ist Sauerstoff sehr reaktionsfreudig und bildet mit vielen chemischen Elementen Oxide, zum Beispiel Schwefeldioxid ($\ce{SO2}$) und Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$). Unter normalen Bedingungen brennen Stickstoff und Sauerstoff nicht, jedoch kann Sauerstoff eine Verbrennung fördern.

Luft – der häufigste Bestandteil Stickstoff

Stickstoff ist der häufigste Bestandteil unserer Luft. Er steht in der IV. Hauptgruppe des Periodensystems und gehört damit zu den Nichtmetallen. Wie bereits erwähnt kann er durch Blitze zur Reaktion gebracht werden. Es ist also eine hohe Energie erforderlich, damit Stickstoff oxidiert wird. Elementar tritt Stickstoff in Form von Distickstoffmolekülen auf, ebenso wie Sauerstoff. So reagiert ein Molekül Stickstoff mit einem Molekül Sauerstoff zu zwei Molekülen Stickstoffmonoxid ($\ce{NO}$).

$\ce{N2 + O2 -> 2 NO}$

Davon reagieren zwei Moleküle unter normalen Bedingungen weiter mit Sauerstoff zu zwei Molekülen Stickstoffdioxid ($\ce{NO2}$) und es entsteht ein braunes Gas.

$\ce{2 NO + O2 -> 2 NO2}$

Unter feuchten Bedingungen bildet sich dann Salpetersäure ($\ce{HNO3}$), aus der wertvoller Nitratdünger hergestellt werden kann.

$\ce{2 NO2 + 2 H2O -> 2HNO3 + H2}$

Aus diesem Grund wird er auch als Stickstoffdünger bezeichnet. Diese Reaktion kann auch im Labor ablaufen. Das Verfahren zur Gewinnung von Ammoniak ($\ce{NH3}$) aus elementarem Luftstickstoff ist als Haber-Bosch-Verfahren bekannt und spielt für die Landwirtschaft eine wichtige Rolle. Außerdem wirkt Luftstickstoff als „Sauerstoffverdünner“. Nur so ist es möglich, auf der Erde ein Feuer zu entzünden, wie wir es kennen. Das Gas Stickstoff wird auch in der Lebensmittelindustrie verwendet, um verpackte Nahrungsmittel frisch zu halten, zum Beispiel werden Tüten mit Kartoffelchips damit befüllt. Dadurch wird die Oxidation von Lebensmitteln verhindert und das Wachstum aerober Bakterien gehemmt. Stickstoff wird auch in Dioden, Transistoren, integrierten Schaltkreisen und zur Herstellung von rostfreiem Stahl verwendet. Zudem wird er zur Füllung von Reifen benutzt, um den Verschleiß zu verringern.

Luft – der zweithäufigste Bestandteil Sauerstoff

Sauerstoff steht in der VI. Hauptgruppe des Periodensystems und macht mit knapp 21 Volumenprozent den zweitgrößten Anteil unserer Luft aus. Er ist von enormer Bedeutung für das Leben. Wir Menschen und alle anderen aeroben Organismen sind auf ihn angewiesen und könnten ohne Sauerstoff nicht überleben. Wir brauchen Sauerstoff unter anderem zur Energiegewinnung für bestimmte Stoffwechselvorgänge innerhalb der Atmungskette. Daher enthält die Luft, die wir ausatmen, etwa vier Volumenprozent weniger Sauerstoff und vier Prozent mehr Kohlenstoffdioxid. Darüber hinaus ist Sauerstoff eine Voraussetzung für das Feuer. Sauerstoff wird ebenfalls für das Schweißen, die Stahlerzeugung und zur chemischen Synthese benötigt.

Luft – der dritthäufigste Bestandteil Argon

Der Anteil an Argon beträgt etwa 0,9 Volumenprozent. Argon gehört zu den Edelgasen und steht in der VIII. Hauptgruppe des Periodensystems. Deshalb ist es sehr reaktionsträge – es geht also kaum Reaktionen mit anderen chemischen Elementen ein. Argon wird zum Beispiel in Glühlampen als Füllung eingesetzt und dient als Schutzgas beim Schweißen. Aber auch in Feuerlöschanlagen, bei der chemischen Synthese, bei der Gaschromatografie oder der Weinherstellung kommt Argon zum Einsatz.

Hinweise zum Video Die Hauptbestandteile der Luft

In diesem Video lernst du die Hauptbestandteile der Luft und ihre chemischen Eigenschaften kennen. Du findest auch Übungen zum Thema, um dein Wissen zu testen. Viel Spaß!

Transkript Die Hauptbestandteile der Luft

Hallo und herzlich willkommen. Das Video heißt „Eigenschaften, Verwendung und Nachweise der Luftbestandteile. Teil eins: Hauptbestandteile“. Du kennst bereits einige Gase mit Name und Formel. Nachher kannst du aus dem Videomaterial für eine Präsentation von fünf bis zehn Minuten zu dem Thema zusammenstellen. Natürlich darfst du kürzen. Der Film besteht aus sechs Abschnitten: Die Hauptbestandteile der Luft, Eigenschaften, Der häufigste Bestandteil, Der zweithäufigste Bestandteil, Der dritthäufigste Bestandteil und Nachweise. Die Hauptbestandteile der Luft: Die Luft unserer Atmosphäre hat drei Hauptbestandteile. Stickstoff hat den größten Volumenanteil mit 78%. Sauerstoff hat einen Volumenanteil von 21%. Der Anteil des Edelgases Argon ist geringer, 0,9% des Volumens. Eigenschaften: Ich möchte alle drei Hauptbestandteile der Luft gemeinsam besprechen: Stickstoff, N2, Sauerstoff, O2, und Argon, Ar. Es handelt sich hier um drei chemische Elemente. Unter Raumbedingungen sind es Gase. Alle drei sind farblos, geruchlos und geschmacklos. Die Dichten der drei Gase kann man folgendermaßen anordnen: Stickstoff hat eine etwas geringere Dichte als Luft, und Luft wiederum hat eine etwas geringere Dichte als Sauerstoff. Sauerstoff hat eine geringere Dichte als Argon. Auch bei der Reaktionsfähigkeit der drei Gase gibt es eine klare Reihenfolge: Argon ist chemisch sehr träge und Stickstoff hat eine größere chemische Aktivität. Chemisch viel aktiver ist der Sauerstoff. Argon ist chemisch gesehen sehr faul, es tut praktisch gar nichts, daher gibt es auch keine Argon-Verbindungen. Auch Stickstoff ist chemisch relativ träge, man kann ihn aber zur Reaktion bringen, und zwar durch einen Blitz. Dabei reagiert ein Stickstoffmolekül mit einem Sauerstoffmolekül und es bilden sich zwei Moleküle NO. Die Moleküle NO reagieren weiter, dazu später. Im Gegensatz dazu ist Sauerstoff sehr reaktionsfreudig. Mit vielen chemischen Elementen bildet er Oxide, z.B. Schwefeldioxid, SO2, und Kohlenstoffdioxid, CO2. Argon hingegen tut nichts, ist sehr faul. Unter normalen Bedingungen brennt Stickstoff nicht, Sauerstoff auch nicht. Er fordert aber die Verbrennung. Und Argon reagiert überhaupt nicht. Der häufigste Bestandteil: Schauen wir uns einmal den Stickstoff beim Blitz etwas näher an. Wir haben schon gehört, dass hier eine Oxidation stattfindet. N2 plus O2 reagieren zu zwei NO, zu Stickstoffmonoxid. Zwei Moleküle davon reagieren unter normalen Bedingungen einfach weiter zu zwei Molekülen Stickstoffdioxid. Den kann man auch im Labor herstellen. Es ist so ein braunes Gas. Unter feuchten Bedingungen entsteht nun Salpetersäure. Aus ihr entsteht wertvoller Nitratdünger, man sagt auch Stickstoffdünger. Das Gas Stickstoff hat in der Luft noch eine andere wichtige Bedeutung: Es ist ein Sauerstoffverdünner. Nur so ist es möglich, dass man auf der Erde ein friedliches Feuer anzünden kann. Somit ermöglicht Stickstoff schon zum zweiten Mal das Leben. Der Mensch hat sich das Gas Stickstoff nutzbar gemacht. Es dient der Frischhaltung verpackter Lebensmittel. Man setzt Stickstoff in speziellen Feuerlöschanlagen ein. Große Bedeutung hat Stickstoff bei der Herstellung von Dioden, Transistoren und integrierten Schaltkreisen. Man benötigt Stickstoff bei der Herstellung von rostfreiem Stahl. Anstelle von Luft verwendet man ihn zur Reifenbefüllung, um den Verschleiß zu vermindern. Viertens: der zweithäufigste Bestandteil. Der Sauerstoff, O2, hat für das Leben eine enorme Bedeutung. Die Menschen atmen ihn und genauso die Tiere. Medizinisch unerlässlich ist er für die künstliche Beatmung. Sauerstoff ist eine Voraussetzung für das Feuer, beim Schweißen oder der chemischen Synthese. Der dritthäufigste Bestandteil: Das ist Argon. Wegen seiner Trägheit wird Argon als Schutzgas verwendet bei der chemischen Synthese, in Feuerlöschanlagen und beim Schweißen. Auch bei Nahrungsmitteln dient Argon als Treib- und Schutzgas, bei Lebensmitteln allgemein und bei der Weinherstellung. Mit Argon kann man charakteristisches Licht herstellen, in Gasentladungslampen und durch den Argonlaser. In der Gaschromatografie, GC, dient Argon als Trägergas. Beim Tauchen ersetzt Argon den Stickstoff. So wird die Taucherkrankheit vermieden. Sechstens: Nachweise: Eine Unterscheidungsmöglichkeit zwischen den Gasen liefert die Glimmspanprobe. Beim Verdacht auf Sauerstoff: Reagenzglas mit der Öffnung nach oben, glimmenden Span hinein. Er leuchtet hell auf. Nachweis: Beim Verdacht auf Stickstoff: Reagenzglas mit der Öffnung nach unten, Glimmspan hinein. Der Glimmspan erlischt. Beim Verdacht auf Argon: Reagenzglas mit der Öffnung nach unten, Glimmspan hinein. Der Glimmspan erlischt. Argon von Stickstoff zu unterscheiden, ist schwerer, das geht aber mit der Gasentladung. Ich bin mit der Arbeit zufrieden. Ich hoffe, ihr seid das auch. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss!

21 Kommentare

21 Kommentare
  1. Danke das hat mir sehr geolfen ✌🏼❤️❤️☺️

    Von Tierfreundin Lilou , vor 6 Monaten
  2. es ist grade 2036👽

    Von Anonym123, vor 9 Monaten
  3. Hallo Natascha Weber,
    in dem Video geht es nur um die Hauptbestandteile der Luft. Zu den restlichen Bestandteilen gibt es ein extra Video. Hier der Link dazu:
    https://www.sofatutor.com/chemie/videos/die-nebenbestandteile-der-luft
    Ich hoffe, das hilft dir weiter.
    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor mehr als einem Jahr
  4. es fehlten leider zu viele Bestandteile der Luft wie Kohlenstoffdioxid ,Neon, Helium und Methan sehr schade zum lernen

    Von Weber Natascha, vor mehr als einem Jahr
  5. In diesem Video geht es um die HAUPTBESTANDTEILE.

    Von André Otto, vor etwa 4 Jahren
Mehr Kommentare

Die Hauptbestandteile der Luft Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Die Hauptbestandteile der Luft kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Volumenanteile der Luftbestandteile an.

    Tipps

    Sauerstoff und Argon ergeben zusammen nur etwa ein Drittel dessen, was den Hauptbestandteil unserer Luft ausmacht.

    Lösung

    Sauerstoff macht mit 21% den zweitgrößten Bestandteil der uns umgebenden Luft aus und ist für uns Menschen lebensnotwendig. Im Vergleich dazu ist das träge Argon mit 0,9% nur ein sehr kleiner Teil der Luft. Zusammen ergeben sie etwa ein Drittel der Volumenprozente, mit denen Stickstoff an der Zusammensetzung der Luft beteiligt ist. Der Hauptbestandteil macht 78% aus (!).

  • Vergleiche Dichte und Reaktivität der einzelnen Luftbestandteile.

    Tipps

    Stabile Atome sind weniger reaktionsfreudig.

    Edelgase sind aufgrund der voll besetzten Elektronenschale sehr stabil.

    Lösung

    Die Dichten der Stoffe können in einem Tafelwerk nachgeschlagen werden. Sie beschreiben eine Masse pro Volumen. Beginnend mit der größten Dichte ergibt sich somit folgende Reihenfolge:

    $Ar > O_2 > Luft > N_2$

    $1,78 \frac{g}{l} > 1,43 \frac{g}{cm^{3}} > 1,29 \frac{g}{cm^{3}} > 1,25 \frac{g}{cm^{3}} $

    Die Reaktivität bezeichnet die Reaktionsfreudigkeit oder auch Stabilität von Substanzen. Ein Atom ist sehr stabil, wenn es die Oktettregel erfüllt. Argon gehört zu den Edelgasen und weist nur voll besetzte Schalen auf, weshalb es keine Elektronen benötigt und somit keine Verbindungen mit anderen Atomen eingeht. Sauerstoff und Stickstoff fehlen Elektronen, um die Schalen voll zu besetzen, weshalb sie reaktiver sind. Stickstoff ist unreaktiver, da durch die Dreifachbindung zwischen den beiden Atomen eine hohe Stabilität vorliegt. Sauerstoff hingegen kann einmal mit einer Doppelbindung und zwei freien Elektronenpaaren vorliegen oder er liegt radikalisch vor, wodurch er sehr reaktiv ist.

  • Erläutere die Bedeutung der Oxidbildung bei Metallen.

    Tipps

    Was kann Metalle angreifen?

    Lösung

    Metalle können (ohne entsprechenden Schutz) zerstört werden, wenn sie Luft und Wasser ausgesetzt werden, da sie zum Beispiel rosten. Einige Metalle (zum Beispiel Chrom) können sich selbst durch Passivierung schützen. Sie bilden mit dem Sauerstoff der Luft eine Oxidschicht aus. Diese ist nur sehr dünn und baut sich nach Zerstörung sofort wieder auf. Sie trennt das Metall von der Atmosphäre und schützt somit vor der weiteren Oxidation und damit der Zerstörung des Metalls. Bezeichnet wird dieser Vorgang als Passivierung.

  • Vergleiche die Glimmspanprobe von Kohlenstoffdioxid mit der von Sauerstoff.

    Tipps

    Sauerstoff ist nicht brennbar.

    Lösung

    Kohlenstoffdioxid hat eine Dichte von $1, 98 \frac{g}{cm^3}$ und ist somit genau wie Sauerstoff schwerer als Luft. Damit $CO_2$ im Reagenzglas bleibt, muss dieses mittels Stativmaterial mit der Öffnung nach oben eingespannt werden.

    Der zu Beginn glimmende Span geht aus, wenn man ihn ins Reagenzglas hält. Kohlenstoffdioxid ist also ebenfalls nicht brennbar und hat im Vergleich zu Sauerstoff eine erstickende statt einer brandfördernden Wirkung.

    Beide Effekte können an einem zweiten Experiment beobachtet werden:

    Man stellt eine Kerzentreppe in ein großes Becherglas. Kohlenstoffdioxid wird vorsichtig in das Becherglas geleitet. Beobachtung: Die Kerzen gehen von unten nach oben aus.

  • Fasse die Vorkommen und Anwendungsbereiche der drei Hauptbestandteile der Luft zusammen.

    Tipps

    Stickstoff reagiert nur unter extremen Bedingungen.

    Argon reagiert nicht.

    Lösung

    Wenn Blitze auftreten, dann kommt es durch Freilassen großer Mengen Wärme zur Bildung von Oxiden. Es bildet sich zum Beispiel Stickstoffmonoxid aus Stickstoff und Sauerstoff. Ein weiteres Anwendungsgebiet des Stickstoffs ist die Landwirtschaft. Sie benötigt zum Teil Stickstoffdünger, um bessere Bedingungen für Pflanzenwachstum zu schaffen. Bei der Befüllung von Autoreifen kommt Stickstoff ebenfalls zum Einsatz, da so der Verschleiß verringert wird.

    Sauerstoff ist für Menschen und Tiere essenziell, da wir ihn zum Atmen brauchen. Er wird in der Lunge gegen Kohlenstoffdioxid ausgetauscht. In der Medizin wird Sauerstoff zur Beatmung in Form von Sauerstoffmasken eingesetzt, wodurch der Patient mehr bzw. besser Sauerstoff aufnehmen kann. Für die Herstellung von Stahl aus Roheisen ist Sauerstoff ebenfalls von Bedeutung. Bei Oxidationsprozessen wird der Kohlenstoffgehalt gesenkt und so viel Wärme freigesetzt, dass der Stahl flüssig bleibt.

    Das träge Argon kommt in der Lebensmittelindustrie zur Anwendung, wobei es als Treibgas dient. Argon wird in der Weinherstellung bei der Mostklärung (Abtrennung von Trübstoffen) eingesetzt. In Laboren findet man Argon bei Argon-Ionen-Lasern wieder, die sehr hohe Strahlungsleistungen erzielen. Beim Tauchen ersetzt Argon Stickstoff und führt dazu, dass die Taucherkrankheit nicht mehr auftritt.

  • Beschreibe die Darstellung der Salpetersäure.

    Tipps

    Es ist richtig ausgeglichen, wenn auf beiden Seiten des Reaktionspfeils dieselbe Anzahl der jeweiligen Atome steht.

    Lösung

    Im ersten Schritt des Ostwaldverfahrens wird Ammoniak mit Sauerstoff umgesetzt, wobei Stickstoffmonoxid und Wasser entstehen. Dies geschieht in einem Reaktor an einem Platin-Rhodium-Katalysator. Da in diesem Schritt 4 Mol Stickstoffmonoxid entstehen, müssen 4 Mol Ammoniak ($4~NH_3$) eingesetzt werden. Durch Auszählen der Sauerstoffatome pro Seite ergibt sich, dass als Nebenprodukt 6 Mol Wasser entstehen.

    Im nächsten Schritt erfolgt die Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid.

    Im letzten Schritt wird dann das Stickstoffdioxid durch Absorptionstürme geleitet und mit Wasser umgesetzt. Dabei entsteht zusammen mit Sauerstoff die Salpetersäure $HNO_3$.

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