1) Einleitung: 2) Fragen vor dem Versuch:

20./23.08.2010
1) Einleitung:
Luft besteht aus Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Argon und Wasserstoff. Sauerstoff
und Stickstoff bilden die Hauptbestandteile. In Versuch 1 sollen die Anteile von O 2, N2 und
CO2 der Luft, sowie die Partialdrücke dieser Gase berechnet werden.
Der Versuch ist in Teil A, B und C gegliedert. In Teil A soll der Partialdruck und das
Volumen von O2 und N2 in der Luft bestimmt werden. Dazu errechnet man das Volumen
der Gase mittels Entfernung des Sauerstoffs aus dem Reagenzglas durch Eisenspäne,
welche den Sauerstoff fixieren. Durch die prozentualen Anteile des jeweiligen Gases
lassen sich nun die Partialdrücke errechnen.In Teil B und C werden die Partialdrücke von
CO2 in der Atmosphäre und in verbrauchter (ausgeatmeter) Luft ermittelt. Dazu wird
wieder das gesuchte Gas entfernt, in diesem Fall durch die Reaktion von CO 2 mit NaOH.
Da ein Partialdruck eines Gases einen bestimmten Anteil des Gesamtdrucks darstellt, wird
der Gesamtdruck bei der Entfernung des zu untersuchenden Gases nur um den jeweiligen
Partialdruck gesenkt. Daher ist die Differenz der Drücke gleich dem Partialdruck des
Gases, er lässt sich also berechnen.
2) Fragen vor dem Versuch:
1) Wie hoch wäre der Partialdruck von Sauerstoff und Stickstoff, wenn Sie im
Gebirge leben würden, wo der atmosphärische Druck 685 mm Hg beträgt?
Benutzen Sie Ihre %-Werte von A.5.
geg.: Patm = 685 mmHg; x(O2) in Luft = 4,55%; x(N2) in Luft = 95,455%
ges.: P(O2); P(N2)
P atm · x  N 2 in Luft
Lösung: P(N2) =
= 653,87mm Hg
100 %
P(O2) =
P atm · x O2  in Luft
= 31,17mm Hg
100 %
2) Ist Ihrer Ansicht nach der Anteil von CO2 in der Atmosphäre oder in ausgeatmeter
Luft höher?
Der Anteil von CO2 in ausgeatmeter Luft ist wesentlich höher als in der Atmosphäre, da O 2
aus der Luft vom Hämoglobin im Blut fixiert und CO2 ausgeatmet wird.
3) Wie hoch ist der Gesamtdruck in mm Hg in einer Gasprobe, welche folgende
Gase enthält: O2 (45 mm Hg), N2 (1,20 atm) und He (825 mm Hg)?
geg.: O2 = 45 mm Hg; N2 = 1,20 atm; He = 825 mm Hg
ges.: Gesamtdruck in mm Hg
Lösung:
N2= 1,20 atm
1atm= 760 mm Hg => N2= 912 mm Hg
1
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P= P(O2) + P(N2) + P(He) = 45 mmHg + 912 mm Hg + 825 mm Hg = 1782 mm Hg
4) Ein Gasgemisch hat einen Gesamtdruck von 1650 mm Hg. Die Gase im Gemisch
sind Helium (2,15 mm Hg), Stickstoff (0,28 atm) und Sauerstoff. Wie hoch ist der
Partialdruck des Sauerstoffs in atm?
geg.:P = 1650 mm Hg; P(He) = 2,15 mm Hg; P(N2) = 0,28 atm = 212,8 mm Hg
ges.:P(O2)
Lösung: P(O2) = 1650 mm Hg – 2,15 mm Hg – 218,8 mm Hg = 1435,05 mm Hg
3) Versuchsdurchführung:
Materialien zu Versuch A:
250 ml Becherglas
großes Reagenzglas
Eisenspäne
Messzylinder
Klammer oder Halter für Reagenzgläser
Materialien zu Versuch B:
Erlenmeyerkolben
Probenglas
6 m NaOH
Mineralöl
400 ml Becherglas
Azurblau Pulver zur Färbung
Lineal
Glasrohr (60-75 cm)
Zweilochstopfen mit 2 kurzen Glasröhren
Gummischläuche (1 kurzer und 1 langer)
Trichter
Stativklammer
Materialien zu Versuch C:
Erlenmeyerkolben
Probenglas
6 m NaOH
Mineralöl
400 ml Becherglas
Azurblau Pulver als Färbemittel
Lineal
Glasrohr (60-75 cm)
Zweilochstopfen mit 2 kurzen Glasröhren
Gummischläuche (1 kurzer und 1 langer)
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Trichter
Stativklammer
Strohhalm
Gefahrenhinweise:
Natriumhydroxid:
H314: Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden
H 290: Kann gegen Metalle korrosiv sein
P 102: Nicht in Kinderhände geben
P280: Schutzhandschuhe und Augenschutz tragen
P 301+330+331: Bei verschlucken Mund ausspülen; KEIN Erbrechen
P 305+351+338: Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang mit Wasser ausspülen.
Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen.
P 406: In korrosionsfestem Behälter (Behälter mit korrosionsfester Auskleidung)
aufbewahren
P 501: Inhalt/Behälter einer Sammelstelle zuführen
Mineralöl (CAS 8042-47-5):
R21 Gesundheitsschädlich bei Berührung mit der Haut.
R34 Verursacht Verätzungen.
R50/53 Sehr giftig für Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig
schädliche Wirkung haben.
R65 Gesundheitsschädlich: Kann beim Verschlucken Lungenschäden
verursachen.
R66 Wiederholter Hautkontakt kann zu spärder oder rissiger Haut führen.
S-Sätze:
S-15 Vor Hitze schützen
S-24 Berührung mit der Haut vermeiden
S-37 geeignete Schutzhandschuhe tragen
Fließschemen:
A1
Reagenzglas mit Wasser füllen
↓
Volumen des Wassers durch Umfüllen in einen Messzylinder bestimmen
↓
Eisenspäne in das leere, feuchte Reagenzglas geben und durch Schütteln verteilen.
Späne die nicht an der Wand kleben bleiben rausschütteln.
↓
400ml Becherglas zu Hälfte mit Wasser füllen
↓
Reagenzglas mit Öffnung nach unten in das Becherglas halten und mit Klammer am Rand
fixieren; Öffnung muss unter der Wasseroberfläche sein
↓
3
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Versuch 3 Tage stehen lassen
↓
Markieren des Wasserstandes
↓
Reagenzglas bis zur Markierung mit Wasser füllen
↓
Messen des Volumens
↓
Restliches Volumen des Glases entspricht Volumen des Sauerstoffs
↓
Berechnen der prozentualen Anteile und der Partialdrücke von Stickstoff und Sauerstoff
B1
Leeres Probeglas in Erlenmeyerkolben stellen. Glas muss aufrecht stehen.
↓
Eine kleine Menge 6M NaOH in einen kleinen Becher füllen und anschließend vorsichtig
durch den Trichter in das kleine Glas gießen (ca. ¾ )
↓
Mineralöl in das Glas geben, sodass ein dünner Film auf der Oberfläche des NaOH
entsteht, wodurch dieses isoliert ist und eine Reaktion mit dem CO 2 aus der Luft verhindert
wird.
↓
Versuchsaufbau nach Skript Seite 11 vorbereiten
↓
Langen Schlauch mit Glasrohr verbinden und mit dem Ende in ein Becherglas mit Wasser
halten, welches mit einer Spatelspitze Astralblau-Pulver versetzt ist.
↓
Markieren des Wasserstands in dem Glasrohr
↓
Kurzen Schlauch abklemmen. Probenglas im Inneren des Kolbens umkippen
↓
Kolben schwenken. Nur am Hals anfassen, da eine Erwärmung zur Verfälschung der
Ergebnisse führen könnte.
↓
Läuft die Reaktion von CO2 und NaOH ab, fällt der Luftdruck im Kolben und der
Wasserstand steigt im Glasrohr.
↓
Steigt das Wasser nicht mehr, Stand markieren.
↓
Differenz zwischen den zwei Punkten messen.
↓
Die Differenz ist gleich dem Partialdruck von CO2 in der Atmosphäre
B2
Berechnen des Partialdrucks von CO2 in mm Hg, durch Division von P(CO2) mit 13,6
4
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B4
Berechnung des Anteils von CO2 in der Atmosphäre, durch Division des Partialdrucks
durch den atmosphärischen Druck.
C1
Gleicher Versuchsaufbau wie in B.
↓
Strohhalm in den kurzen Gummischlauch stecken und durch Ausatmen den Kolben mit
CO2 anreichern. Beim einatmen Strohhalm geschlossen halten.
↓
Weiterer Verlauf wie in B
C2
Partialdruck von CO2 im Kolben am Wasserstand ablesen und in mmHg umrechnen. P
stellt in diesem Fall den Partialdruck der ausgeatmeten Luft dar.
C3
Berechnen des prozentualen Anteils von CO2 in ausgeatmeter Luft wie in B3
4) Rechnungen/Ergebnisse:
Der Atmosphärendruck beträgt 1 atm (= 760 mm Hg).
A. Volumenanteil und Partialdruck von Sauerstoff und Stickstoff in der Luft:
Inhalt Reagenzglas = 35 mL
gemessene Linie = 3 mm => 3 mL O2
Volumen von Stickstoff = 35 – 3 = 32 mL N2
Prozentual Anteile von Sauerstoff und Stickstoff:
x(O2) :
Volumen O2 3 mL
Volumen Luft 35 mL
x(N2) :
Volumen Stickstoff 32 mL
Volumen Luft 35 mL
· 100 % = 8,57 %
· 100 % = 91,43%
Partialdruck O2: atmosphärischer Druck ·
Hg
Partialdruck N2: atmosphärischer Druck ·
x O 2
100 %
= 760 mm Hg ·
x  N 2
= 760 mm Hg ·
100 %
mm Hg
B. Kohlendioxid in der Atmosphäre:
5
8,57 %
100 %
= 65,132 mm
91,43%
= 694,865
100 %
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gemessener Wasserstand : 3mm H2O
Partialdruck CO2:
PCO2: Höhe in mm H2O ·
1 mm Hg
= 3 mm H2O ·
13,6 mm H 2 O
1 mm Hg
= 0,22 mm Hg
13,6 mm H 2 O
Anteil von Co2 in der Atmosphäre:
P CO 2 mm Hg
· 100 % =
P atmosphärisch  mm Hg
Atmosphäre
0,22 mm Hg
· 100 % = 0,028 % CO2 in der
760 mm Hg
C. Kohlendioxid in verbrauchter Luft:
Höhe Wassersäule in mm: 245
P(CO2): 245 mm ·
Volumen-Anteil:
1 mm Hg
13,6 mm H 2 O
= 18,01 mm Hg
18,01 mm Hg
· 100 % = 2,36% CO2
760 mm Hg
5) Auswertung:
A. Bei diesem Versuch wurde der Sauerstoff aus der Luft, die sich im Reagenzglas
befand, mithilfe von Eisen durch folgende Reaktion aus dem Gasgemisch entfernt:
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
Eisen(III)-oxid ist eine stabile Verbindung und ein Feststoff. Durch die Entfernung des
Sauerstoffs aus dem Luftgemisch und die damit verbundene Volumenverringerung im
Reagenzglas wurde Wasser aus dem Becherglas ins Glas hochgezogen.
B., C. Bei beiden Versuchen zum Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Luft wurde folgende
Reaktion von CO2 mit NaOH zu Hilfe genommen:
CO2 + NaOH → NaHCO3
Bei dem entstandenen Natriumhydrogencarbonat handelt es sich eigentlich um einen
weißen Feststoff, der allerdings wasserlöslich ist, weshalb keine weiße Ausfällung zu
beobachten war. Durch den Entzug von CO2 aus dem Luftgemisch im Erlenmeyerkolben
stieg wiederum der Wasserstand in der angeschlossenen Gasröhre. Mit den Messwerten
konnte man den Anteil an CO2 berechnen, der sich zu Anfang des jeweiligen Versuchs im
Erlenmeyerkolben befand.
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6) Diskussion:
Literaturwerten zufolge befindet sich in trockener Luft der Atmosphäre 21% Sauerstoff,
78% Stickstoff und ca. 0,038% CO2. Die mithilfe der Versuchsapparatur ermittelten Werte
für O2 und N2 unterscheiden sich recht stark davon, nur der Wert für CO 2 von 0,028%
bewegt sich in einem ähnlichen Bereich.
In ausgeatmeter Luft ist der CO2-Anteil um einiges höher als in der Atmosphärenluft, hier
geben Quellen einen Wert von etwa 4 % an.
In diesem Experiment waren keine Literaturwerte zu erwarten, da der verwendete
Versuchsaufbau keine sehr genauen Daten liefern kann. So verschließt zum Beispiel der
Stopfen auf dem Erlenmeyerkolben das System nicht hundertprozentig luftdicht,
außerdem war die Messung des jeweiligen Wasserstandes im Reagenzglas bzw. Glasrohr
mithilfe eines normalen Lineals und per Augenmaß nur bedingt genau.
7) Quelle:
– http://www.seilnacht.com/Lexikon/6Sauerst.htm (Literaturdaten der Gasanteile der
Luft)
– http://www.abatz.de/co2-experiment.html (CO2-Anteil in ausgeatmeter Luft)
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