Die Hauptbestandteile der Luft

Die Hauptbestandteile der Luft Übung

• Gib die drei Hauptbestandteile der Luft an, die insgesamt 99,9 Prozent der Luft ausmachen.

  Tipps

  Es gibt drei Hauptbestandteile der Luft.

  Wir brauchen Sauerstoff, um atmen zu können.

  Lösung

  Luft umgibt uns fast überall. Doch sie ist nicht einfach „nichts“: Als ein Gasgemisch besteht Luft aus vielen verschiedenen Gasen zu unterschiedlich großen Anteilen.
  Den größten Teil mit insgesamt $99,\!9$ Prozent machen drei Gase aus: Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Da sie fast den gesamten Anteil der Luft einnehmen, werden sie zu den Hauptbestandteilen der Luft gezählt.
  Die Spurengase (Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon, andere Edelgase) nehmen nur einen sehr geringen Anteil von zusammen $0,\!1$ Prozent ein und werden daher nicht dazugezählt.

• Zeige die Anteile der verschiedenen Gase in der Luft auf.

  Tipps

  Spurengase machen in der Luft nur einen sehr geringen Anteil aus.

  Stickstoff nimmt den größten Anteil an der Luft ein.

  Lösung

  Als ein Gasgemisch besteht Luft aus vielen verschiedenen Gasen zu unterschiedlich großen Anteilen.

  
  Den größten Teil mit insgesamt $99,\!9$ Prozent machen drei Gase aus: Stickstoff, Sauerstoff und Argon.
  Da sie fast den gesamten Anteil der Luft bilden, werden sie zu den Hauptbestandteilen der Luft gezählt:

  
  

  • Stickstoff nimmt den größten Anteil mit $\boldsymbol{78}$ Prozent ein.
  • Sauerstoff ist zu $\boldsymbol{21}$ Prozent in der Luft enthalten.
  • Argon hat im Vergleich zu den anderen beiden Bestandteilen einen relativ geringen Anteil von $\boldsymbol{0,\!9}$ Prozent.
  • Die Spurengase (Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon, andere Edelgase) nehmen nur einen sehr geringen Anteil von $\boldsymbol{0,\!1}$ Prozent ein. Daher werden sie nicht zu den Hauptbestandteilen gezählt.

• Charakterisiere die Hauptbestandteile der Luft.

  Tipps

  Das Elementsymbol für Sauerstoff kommt von dem Begriff „Oxygenium“.

  Edelgase sind sehr reaktionsträge. Das bedeutet, dass sie keine Verbindungen eingehen.

  Die Edelgase stehen in der achten Hauptgruppe.

  Lösung

  Stickstoff kommt in der Luft als zweiatomiges Molekül vor, $\ce{N2}$ oder auch Di-Stickstoff genannt. Er befindet sich in der fünften Hauptgruppe und zählt zu den Nichtmetallen. Stickstoff ist nicht besonders reaktionsfreudig. Das heißt, es bedarf sehr viel von außen zugeführter Energie, damit Stickstoff reagiert.

  Wie Stickstoff kommt Sauerstoff in unserer Luft als zweiatomiges Molekül vor, also als $\ce{O2}$. Er steht im Periodensystem der Elemente in der sechsten Hauptgruppe und ist auch ein Nichtmetall. Sauerstoff ist sehr reaktiv und bildet mit vielen chemischen Elementen sogenannte Oxide, zum Beispiel Kohlenstoffdioxid oder Stickoxide.

  Argon ist ein Edelgas und in der achten Hauptgruppe im Periodensystem zu finden. Wie alle Edelgase ist Argon ebenfalls sehr reaktionsträge – sogar noch um einiges träger als Stickstoff. Es geht folglich kaum Reaktionen mit anderen Elementen ein. Argon ist so reaktionsträge, dass es – im Gegensatz zu den anderen beiden Gasen – nicht einmal eine Verbindung mit sich selbst eingeht. Deswegen gibt es hier auch kein zweiatomiges Molekül, es kommt also als $\ce{Ar}$ vor.

• Stelle das Vorkommen und die Verwendung der Hauptbestandteile der Luft dar.

  Tipps

  Bei Gewitter können Stickoxide entstehen.

  Edelgase sind reaktionsträge. Das heißt, sie gehen keine Reaktionen mit anderen Elementen ein.

  Lösung

  Stickstoff ist ein Nichtmetall und reaktionsträge.
  Durch einen Blitzschlag können aus Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft Stickoxide entstehen.
  Als Bestandteil von Proteinen oder anderen Naturstoffen ist Stickstoff sehr wichtig für Lebewesen und kann in Form von Dünger beim Wachstum helfen.
  Außerdem wird Stickstoffgas aufgrund der eben erwähnten Reaktionsträgheit in der Lebensmittelindustrie verwendet, um als Schutzgas Nahrungsmittel frisch zu halten.

  Sauerstoff ist ein Nichtmetall und von enormer Bedeutung für das Leben auf der Erde.
  Wir brauchen Sauerstoff unter anderem für unseren Energiestoffwechsel, daher atmen wir es ein.
  In der Medizin wird Sauerstoff zudem für die künstliche Beatmung genutzt. Sauerstoff ist sehr reaktiv und bildet mit vielen chemischen Elementen sogenannte Oxide, zum Beispiel Kohlenstoffoxide. Des Weiteren ist Sauerstoff essenziell für Feuer, da eine Verbrennung – chemisch gesehen – eine Reaktion ist, bei der ein Brennstoff mit Sauerstoff reagiert.

  Argon steht in der achten Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente und ist somit ein Edelgas. Wie alle Elemente dieser Hauptgruppe ist Argon sehr reaktionsträge, geht also kaum Reaktionen mit anderen Elementen ein, und wird deshalb ebenfalls als Schutzgas eingesetzt.
  Außerdem wird es wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit als wärmeisolierendes Füllgas verwendet.

• Begründe, wieso die Spurengase nicht zu den Hauptbestandteilen der Luft gezählt werden.

  Tipps

  Es gibt nur eine richtige Antwort.

  Zu den Hauptbestandteilen gehören diejenigen Gase, die den größten Anteil an der Luft einnehmen.

  Lösung

  Als ein Gasgemisch besteht Luft aus vielen verschiedenen Gasen zu unterschiedlich großen Anteilen. Den größten Teil mit insgesamt $99,\!9$ Prozent machen die drei Gase Stickstoff, Sauerstoff und Argon aus. Da sie fast den gesamten Anteil der Luft bilden, werden sie zu den Hauptbestandteilen der Luft gezählt.
  Die Spurengase nehmen nur einen sehr geringen Anteil von $\boldsymbol{0,\!1}$ Prozent der Luft ein. Daher werden sie nicht zu den Hauptbestandteilen gezählt. Dazu gehören Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon und andere Edelgase.

• Zeige auf, wie Luft verflüssigt werden kann.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Der Aggregatzustand muss sich von gasförmig zu flüssig verändern: Überlege, was passieren muss, damit zum Beispiel gasförmiger Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert.

  Lösung

  Durch die Luft-Destillation können die Hauptbestandteile der Luft voneinander getrennt werden. Bei diesem Prozess, auch Linde-Verfahren genannt, wird die Lufttemperatur auf $−200\,\pu{°C}$ gesenkt und der Druck gleichzeitig stark erhöht. Dadurch verflüssigt sich die Luft.
  Im Anschluss kann die Destillation beginnen. Das bedeutet: Das Gemisch wird langsam wieder erwärmt und aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte der Komponenten aufgetrennt.