Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Viele Gase sind farb- und geruchlos. Dann können wir diese Gase nicht mit unseren Sinnen unterscheiden. Das kann bei gesundheitsschädlichen oder explosiven Gasen sehr gefährlich sein. Im Labor müssen wir bei beobachteter Gasentwicklung wissen, welche Gase sich da entwickeln. Sauerstoff beispielsweise fördert Brände und Wasserstoff kann mit dem Luftsauerstoff explosionsartig reagieren. Für die Identifikation von Gasen gibt es Nachweismethoden. Wir schauen uns das für Sauerstoff und Wasserstoff genauer an. Zunächst lernen wir aber, wie man die Gase für einen Nachweis sammelt.

Methoden zum Sammeln von Gasen

Gassammlung mit dem Kolbenprober
Ein Kolbenprober ähnelt einer Spritze aus Glas. In ihm kannst du über einen Stopfen und ein kleines Rohr die entstehenden Gase sammeln. Das Gas drückt dabei den Stempel des Kolbenprobers nach außen. Enthält der Kolbenprober eine Skala, kannst du auch gleich das Volumen des entstandenen Gases ablesen.

Gassammlung im Reagenzglas
Hast du keinen Kolbenprober, kannst du auch ein Reagenzglas oder einen Standzylinder mit Wasser füllen und umgekehrt in eine mit Wasser gefüllte Glaswanne halten. Wenn du nun mit einem Schlauch das entstehende Gas in das Reagenzglas einleitest, wird das Wasser verdrängt und du kannst anschließend das Auffanggefäß mit Uhrglas oder Stopfen oder einfach mit dem Daumen verschließen.

Die so aufgefangenen Gase können nun weiter untersucht werden.

Nachweis von Sauerstoff mit der Glimmspanprobe

Durchführung der Glimmspanprobe:
Ein Holzstab wird entzündet und so lange am Brennen gehalten, bis er nach dem Ausblasen noch glüht. Nun hält man den noch glühenden Holzstab in ein Reagenzglas mit dem gesammelten Gas.
Beobachtung:
Wenn sich der Holzstab im Reagenzglas wieder entzündet oder sehr hell glüht, dann handelt es sich um das Gas Sauerstoff.

Sauerstoff lässt sich daran erkennen, dass er die Verbrennung fördert.

Nachweis von Wasserstoff mit der Knallgasprobe

Durchführung der Knallgasprobe:
Das Reagenzglas mit dem gesammelten Gas wird schräg nach unten an eine Flamme gehalten. Dann wird die Öffnung freigegeben. Das geht am einfachsten, wenn du das Reagenzglas mit dem Daumen schließt und öffnest.
Beobachtung:
Wenn sich im Reagenzglas ein Wasserstoff-Sauerstoffgemisch gesammelt hat, hörst du beim Öffnen an der Flamme ein Geräusch. Wasserstoff bildet mit dem Sauerstoff aus der Luft ein explosives Gasgemisch, das an der Flamme geräuschvoll zu Wasser reagiert. Der Name Knallgasprobe des Nachweises rührt von dem Knallgeräusch her, das dabei entstehen kann. Die Stärke des Geräusches hängt dabei davon ab, zu welchen Anteilen Sauerstoff und Wasserstoff vorliegen. Liegt Wasserstoff (fast) rein vor, entsteht höchstens ein leises, dumpfes Geräusch.

Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff

Herstellung von Wasserstoff
Es gibt mehrere einfache Möglichkeiten, um Wasserstoff im Labor herzustellen:

• Wasserstoff entsteht bei der Reaktion von unedlen Metallen mit Säure. Wenn du zum Beispiel ein kleines Stückchen Zink in Salzsäure gibst, dann löst sich das Zink auf und du kannst den Wasserstoff als kleine Gasbläschen aufsteigen sehen.
• Wasserstoff entsteht auch bei der Reaktion des Erdalkalimetalls Calcium mit Wasser. Also einfach etwas Calciumgranulat in Wasser geben. Dann kannst du wieder den Wasserstoff als kleine Gasbläschen aufsteigen sehen.
• Wasserstoff entsteht auch bei der Reaktion von Alkalimetallen wie Natrium mit Wasser. Für die Herstellung von Wasserstoff ist diese Reaktion aber zu heftig und daher nicht geeignet.

Herstellung von Sauerstoff
Es gibt mehrere einfache Möglichkeiten, um Sauerstoff im Labor herzustellen:

• Sauerstoff kann z. B. entstehen, wenn Wasserstoffperoxid ($H_2O_2$) mit Braunstein ($MnO_2$) katalytisch zersetzt wird.
• Sauerstoff entsteht auch, wenn man etwas Kaliumpermanganat ($KMnO_4$) trocken im Reagenzglas erwärmt. Dieser Stoff zersetzt sich dann ebenfalls unter Bildung von Sauerstoff.

Gemeinsame Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff
Führt man mit Wasser eine Elektrolyse durch, entwickeln sich beide Gase gemeinsam, Wasserstoff an der Kathode und Sauerstoff an der Anode. Wasser wird also in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt. Hierfür gibt es ein spezielles Gerät, den hofmannschen Wasserzersetzungsapparat.

Kurze Zusammenfassung zum Video Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

In diesem Video wird erklärt, wie sich Wasserstoff und Sauerstoff herstellen und nachweisen lassen. Es werden die Knallgasprobe und die Glimmspanprobe vorgestellt und die Durchführung der Nachweise gezeigt. Du solltest die Grundgeräte im chemischen Labor bereits kennen.

Übungen und Arbeitsblätter
Du findest zum Thema hier auch Übungen und Arbeitsblätter.