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Erdgas und seine Zusammensetzung 05:35 min

Textversion des Videos

Transkript Erdgas und seine Zusammensetzung

Hallo und ganz herzlich willkommen! Bei einem Besuch im Naturkundemuseum kann man versteinerte Pflanzen und Tiere bestaunen. Man nennt sie Fossilien. Fossile Energieträger nennt man Stoffe, die über viele Jahre in der Erde gebildet wurden und dort lange lagen. Zu den fossilen Rohstoffen gehört Erdgas. In diesem Video geht es um "Erdgas und seine Zusammensetzung".

Entstehung Vor mehr als 500 Millionen bedeckten flache Meere große Teile der Erde. Kleinstlebewesen starben. Sie sanken zusammen mit mineralischen Schwebstoffen auf den Meeresboden. Es begann die Verwesung durch Bakterien. Der Sauerstoff war bald verbraucht. Es hatte sich Faulschlamm gebildet. Er enthielt einen hohen Anteil an Kohlenstoff-Wasserstoff- Verbindungen. Sand- und Tonschichten lagerten sich darüber ab. Druck und Temperatur stiegen an. 2000 m unter der Erde und bei 70 °C entstand Erdöl. In noch größerer Tiefe und bei 200 °C bildete sich Erdgas. Die Dichte von Erdgas ist geringer als als die Dichte von Luft Das Erdgas stieg durch poröse Gesteine nach oben. Als es auf gasundurchdringliche Gesteinsschichten traf, sammelte es sich in Speichern.

Zusammensetzung Der Hauptbestandteil des Erdgases ist Methan. Auch andere Kohlenwasserstoffe sind enthalten. Außerdem findet man Kohlenstoffdioxid und Schwefelwasserstoff. Einige Erdgassorten enthalten Helium. Helium entsteht beim radioaktiven alpha - Zerfall in der Erde.

Reinigung Beim Erdgas ist man vor allem am Methan interessiert. Deshalb findet eine Reinigung statt. Zunächst wird das Gas durch Chemikalien getrocknet. Die Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxid geschieht durch Adsorbenten oder Chemikalien. Aus Schwefelwasserstoff fällt man mitunter Schwefel an. Die höheren Kohlenwasserstoffe können durch die verschiedenen Siedetemperaturen abgetrennt werden.

Eigenschaften von Methan Methan ist ein farbloses und geruchloses Gas. Es ist brennbar. Gemische mit einem Luftanteil zwischen 4 und 17 % sind explosiv. Seine Dichte ist nur halb so groß wie die Dichte der Luft. Die Löslichkeit in Wasser ist gering. In Alkohol und Ether ist Methan gut löslich.

Odorierung Methan ist geruchlos. Es ist nicht giftig, aber erstickend. Damit man Methan erkennt, werden Stoffe mit unangenehmen Geruch zugesetzt. Man verwendet Schwefelverbindungen, die nach faulen Eiern riechen.

Verwendung Die größte Menge von Erdgas wird vorwiegend als Heizgas, zur Wärmeerzeugung genutzt. Außerdem wird es in Verbrennungsmotoren verwendet. Methan aus dem Erdgas ist wichtiger Ausgangsstoff für technische Synthesen von Wasserstoff, Methanol, Ethin, Blausäure, Schwefelkohlenstoff und Chlroform. Daraus werden viele organische Verbindungen hergestellt.

Erdgas als Rohstoff Den größten Teil des Erdgases bezieht Deutschland aus Russland. Erdgasförderung gibt es in vielen Ländern der Erde. Die Vorräte (D) sind recht begrenzt. Voraussagen sprechen von Jahrzehnten, 60 Jahren, aber auch von 500 Jahren. Daher wird auf alternative Energieträger zugegriffen: Wind, Sonne, Wasser und Biogas.

Das war es schon wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg.

Tschüs Euer André

1 Kommentar
  1. Sehr schöne, gut zu verstehende und übersichtliche Erklärung!! Danke

    Von Benni.Rie, vor fast 4 Jahren

Erdgas und seine Zusammensetzung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Erdgas und seine Zusammensetzung kannst du es wiederholen und üben.

  • Erkläre die Bildung von Erdgas unter der Erdoberfläche.

    Tipps

    Die Bildung von Erdgas beginnt mit kleinen Teilen.

    Die notwendige chemische Reaktion wird durch Mikroorganismen unterstützt.

    Die physikalische Einwirkung setzt erst nach der chemischen Reaktion ein.

    Lösung

    Schritte bei der Bildung von Erdgas

    1. Im Meer entstehen Kleinstlebewesen und mineralische Schwebstoffe. Das Meer muss flach sein, damit die kleinen Teilchen gut auf den Meeresboden sinken und sich dort ablagern.
    2. Mikroorganismen, das sind hier Bakterien, bewirken eine Verwesung dieser Stoffe.
    3. Beim Verwesungsprozess wird Sauerstoff verbraucht.
    4. Dadurch entsteht Faulschlamm. Dieser enthält hauptsächlich Kohlenwasserstoff-Verbindungen.
    5. Sand und Ton decken den Faulschlamm ab. Das ist wichtig, damit die Kohlenwasserstoffe nicht zersetzt werden.
    6. Auf das Reaktionsgemisch wird ein hoher Druck ausgeübt. Es wirken Temperaturen von etwa 200°C. Dabei entsteht Erdgas.
    7. Durch poröses Gestein gelangt das Erdgas wegen der geringen Dichte und dem Druck in gasundurchdringliche Schichten. Dort wird es gespeichert.
  • Nenne wichtige Bestandteile von Erdgas.

    Tipps

    Erdgas enthält leicht flüchtige, brennbare Verbindungen.

    Das im Erdgas enthaltene Edelgas entsteht beim radioaktiven Zerfall.

    Reaktive Oxide sind keine Erdgasbestandteile.

    Lösung

    Erdgasbestandteile

    • Methan: Das ist der Hauptbestandteil.
    • Kohlenwasserstoffe: Die enthaltenen Kohlenwasserstoffe sind relativ flüchtig.
    • Schwefelwasserstoff: Die sehr giftige, nach faulen Eiern riechende Verbindung findet man häufig im Erdgas.
    • Kohlenstoffdioxid: Das ist eines der Verbrennungsprodukte von Kohlenwasserstoffen.
    • Helium: Das Edelgas ist mitunter ergiebig im Erdgas enthalten. Es entsteht durch den radioaktiven $\alpha$-Zerfall.
    nicht im Erdgas enthalten

    • Steinkohle: Kohle lagert an anderer Stelle und wird dort speziell abgebaut.
    • Ethanol: Dieser Stoff entsteht durch alkoholische Gärung und ist kein Erdgasbestandteil.
    • Schwefeltrioxid: Aus diesem Oxid entsteht mit Wasser Schwefelsäure. Im Erdgas ist es nicht enthalten.
    • Phosphorpentoxid: Diese Verbindung ist stark hygroskopisch und liefert bei Kontakt mit Wasser Phosphorsäre. Im Erdgas findet man sie nicht.
    • Xenon: Dieses Edelgas findet man leider nicht im Erdgas.
  • Erkenne Eigenschaften von Methan.

    Tipps

    Methan weist ähnliche Eigenschaften wie alle Alkane auf.

    Methan ist der einfachste und leichteste Kohlenwasserstoff.

    Für die Farbgebung organischer Verbindungen müssen in den Molekülen Mehrfachbindungen auftreten.

    Lösung

    Methan ist der einfachste Kohlenwasserstoff. Es besitzt das kleinste Molekül und ist bei Raumbedingungen ein Gas.

    Hartnäckig hält sich das Gerücht, dass Methan einen spezifischen Geruch hat. Es riecht nicht unangenehm faulig. Methan ist geruchlos.

    Methan ist wie alle Alkane farblos.

    Es stimmt nicht, dass Methan hat eine höhere Dichte als Luft hat. Seine Dichte ist nur etwa halb so groß wie die Dichte der Luft. Das Gas sammelt sich nicht wie Propan oder Butan in Kellern. Es verfliegt.

    Wie alle Alkane ist Methan brennbar. Da es ein Gas ist, lässt es sich leicht entzünden und verbrennen.

    Wie viele organische Verbindungen ist Methan nicht gut wasserlöslich.

    Es ist natürlich falsch, dass Methan In Alkohol und Ether kaum löslich ist. Methan ist in beiden Flüssigkeiten gut löslich.

    Ein Ethan-Luft-Gemisch mit einem Luftanteil von 9 % ist explosiv. Es ist explosiv mit einem Luftanteil von 4-17 %.

  • Schätze die relative Dichte von Methan ab.

    Tipps

    Die molaren Massen der Verbindungen erhält man durch Addition der molaren Massen der Elemente unter Berücksichtigung der Summenformel.

    Bei der Bestimmung relativer Werte hat man es immer mit Zahlenverhältnissen zu tun.

    Lösung

    1. Molare Massen von Methan, Stickstoff und Sauerstoff

    • Methan: 16 g/mol (12 + 4$\cdot$1)
    • Stickstoff: 28 g/mol (2$\cdot$14)
    • Sauerstoff: 32 g/mol (2$\cdot$16)
    2. Molare Masse von Luft

    Die atmosphärische Luft enthält an Volumenanteilen 79 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff. In kleinen ganzen Zahlen ergibt das folgendes Verhältnis:

    M(Stickstoff) : M(Sauerstoff) = 4:1

    Die Berücksichtigung der Anteile beider Gase liefert:

    M(Luft) = 0,8$\cdot$28 g/mol + 0,2$\cdot$32 g/mol

    Man erhält für den auf ganze Zahlen gerundeten Wert:

    M(Luft) = 29 g/mol

    3. Das Gesetz von der Zahl gleicher Teilchen

    Die Zahl der Teilchen jedes Gases in einem bestimmten Volumen ist bei konstantem Druck und Temperatur konstant. Dieser Zusammenhang heißt Gesetz von Avogadro.

    4. Berechnung der relativen Dichten

    Die relativen Dichten sind durch einfache Division der molaren Massen bestimmbar. Für Methan in Relation zu Luft erhalten wir:

    0,55

  • Nenne Alkane, die im Erdgas enthalten sind.

    Tipps

    Um zu beurteilen, ob ein Alkan Bestandteil von Erdgas ist, muss man Kenntnis über seine Flüchtigkeit besitzen.

    Die Flüchtigkeit innerhalb der homologen Reihe der Alkane ändert sich nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit.

    Lösung

    Mit zunehmender Kettenlänge innerhalb der homologen Reihe der Alkane steigen die Siedetemperaturen und damit die Flüchtigkeit der Verbindungen. Metan, Ethan, Propan und Butan sind unter Raumbedingungen Gase und auch Pentan ist mit einer Siedetemperatur von 36°C noch sehr flüchtig. Somit ist offensichtlich, dass die ersten fünf Vertreter der homologen Reihe im Erdgas enthalten sind:

    • Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan
    Hexan siedet bei 69°C. Da man unterstellen kann, dass eventuell kleine Mengen dieses Alkans im Erdgas enthalten sein könnten, wurde es von der Betrachtung ausgeschlossen. Diese Überlegung bezieht sich nur auf die unverzweigte Verbindung. Eines der verzweigten Isomere hat eine Siedetemperatur von nur 50°C, sodass ein Alkan mit sechs Kohlenstoff-Atomen durchaus im Erdgas vermutet werden kann.

    Heptan siedet bei 98°C, die folgenden Alkane entsprechend der Kettenlänge ihrer Moleküle höher. Damit sind im Erdgas nicht enthalten:

    • Heptan, Octan, Nonan, Decan, Undecan
    Das letztgenannte Alkan enthält 11 Kohlenstoff-Atome und besitzt die Summenformel $C_{11}H_{24}$.

  • Beschreibe Verfahren der Erdgasreinigung.

    Tipps

    Es gibt Feststoffe, die begierig Flüssigkeiten und Gase an sich binden.

    Kohlenstoffdioxid bildet mit Wasser Kohlensäure. Es ist ein saures Gas.

    Gasgemische werden häufig physikalisch getrennt.

    Lösung

    Folgende Paare von Aussagen gehören logisch zusammen:

    • Erdgas enthält Wasser. und Die Entfernung erfolgt durch ein Molekularsieb.
    Bei Molekularsieben handelt es sich um Feststoffe mit einer sehr großen Oberfläche. Sie sind in der Lage, Stoffe auf dieser Oberfläche zu adsorbieren. Das bedeutet, sie werden fein verteilt. Besonders Wasser wird begierig aufgesaugt und so aus dem Stoffgemisch entfernt.

    • Erdgas enthält höhere Alkane. und Die Beseitigung geschieht durch Destillation.
    Die Abtrennung der Alkane durch Destillation ist nicht sehr leicht, da die Verbindungen recht flüchtig sind. Eine Möglichkeit. das Problem zu beheben, ist das Anlegen eines erhöhten Druckes.

    • Schwefelwasserstoff ist störend. und Es wird Sauerstoff bei großer Hitze zugeführt.
    Es findet dabei eine Oxidation statt:

    $2\:H_2S$ + $O_2$ $\longrightarrow$ $2\:H_2O$ + $2\:S$

    Die technische Gestaltung dieser Reaktion nennt man Claus-Verfahren.

    • Kohlenstoffdioxid ist schädlich, da es Rohrleitungen zerstört.* und Die Verunreinigung kann durch eine organische Base chemisch gebunden werden.
    Kohlenstoffdioxid bildet mit Wasser Kohlensäure. Es handelt sich somit um ein saures Gas. Daher ist es sinnvoll, es mit einer Base zu befreien.

    • Manchmal enthält Erdgas Stickstoff und Helium. und Die Abtrennung erfolgt durch Tieftemperaturtrennung in einer Hochdrucktrennapparatur.
    Da es sich um sehr niedrig siedende Gase handelt, sind niedrige Temperaturen und Druck für die Abtrennung notwendig.

    • Manchmal enthält Erdgas etwas Quecksilber. und Das Erdgas wird über ein Zeolith geleitet, das mit bestimmten Schwermetallen beschichtet ist.
    Ein Zeolith ist ein bestimmtes Molekularsieb. Damit besitzt es eine große Oberfläche. Darauf lassen sich gut niedrig siedende Schwermetalle aufbringen. Das Quecksiber bildet mit diesen Metallen Amalgame. Das sind stabile feste Lösungen. Dadurch wird das Quecksilber aus dem Erdgas entfernt.