Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff

Heute geht es richtig heiß her! In diesem Video wird es knallen und brennen – versprochen! Heute geht es um die "Nachweise von Wasserstoff und Sauerstoff". Bevor wir allerdings zum Spektakel kommen, zuerst ein paar Grundlagen: Wasserstoff und Sauerstoff – davon hast du gewiss schon einmal gehört. Diese beiden Elemente sind die Bestandteile des Wassers. Ohne Sauerstoff könnten wir Menschen nicht überleben und Wasserstoff ist der Stoff, aus dem alle Sterne des Universums bestehen. Uff, jap. Schon ziemlich relevant die Beiden. Wie viele andere Gase sind auch Wasserstoff und Sauerstoff geruchlos, farblos und geschmacklos. Augenscheinlich zum Verwechseln ähnlich! Dabei ist eine Unterscheidung der Gase sehr wichtig. Nicht zu wissen, was man vor sich hat, kann schnell gefährlich werden. Daher sind Nachweisreaktionen im Labor äußerst wichtig. Bevor wir uns aber die Nachweise für Sauerstoff und Wasserstoff ansehen, beschäftigen wir uns zuerst damit, WIE die Gase für eine Nachweisreaktion gesammelt werden. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten. Der "Kolbenprober" ähnelt einer Spritze aus Glas. Über einen Stopfen und ein kleines Rohr können so die entstehenden Gase im Kolbenprober gesammelt werden. Das eindringende Gas drückt den Stempel des Kolbenprobers nach außen. Teilweise gibt es auch eine Skala am Kolbenprober, wodurch das Volumen des aufgefangenen Gases abgelesen werden kann. Hast du keinen Kolbenprober, genügt auch ein Reagenzglas oder ein Standzylinder, um Gase aufzufangen. Das gewählte Gefäß füllst du mit Wasser und hältst es umgekehrt in eine mit Wasser gefüllte Glaswanne. Nun kann über einen Schlauch das hier links entstehende Gas in den Standzylinder geleitet werden, wodurch das Wasser darin verdrängt wird. Anschließend kannst du das Gefäß mit dem Gas mithilfe eines Stopfens oder, wenn du ein Reagenzglas verwendet hast, einfach mit deinem Daumen verschließen. Die so aufgefangenen Gase können nun weiter untersucht werden. Alles klar, dann starten wir einmal mit dem Nachweis von Sauerstoff. Dafür nutzt man die sogenannte "Glimmspanprobe". Span ist ein altes Wort für "Holzstab". Dieser wird nun erst einmal angezündet und direkt wieder ausgepustet, sodass er noch glüht. Dieser glimmende Span wird nun in das Reagenzglas gehalten, in dem sich das zu überprüfende Gas befindet. Entzündet sich der Holzstab, handelt es sich bei dem Gas im Reagenzglas um Sauerstoff. Der Nachweis ist positiv. Aaaah! Okay, aber in unserer Luft befindet sich ja auch Sauerstoff. Glühende Stäbchen entzünden sich an der Luft ja nicht unbedingt ohne Weiteres? Das liegt daran, dass die Sauerstoffkonzentration in unserer Luft dafür zu niedrig ist. Um aus dem Glimmen ein Brennen zu machen, benötigt man hoch konzentrierten Sauerstoff. Glüht der Holzspan also nur weiter oder erlischt sogar, ist der Nachweis negativ. Sauerstoff lässt sich also daran erkennen, dass die Verbrennung gefördert wird. Kommen wir nun zum Nachweis von Wasserstoff. Hierfür nutzt man die sogenannte "Knallgasprobe". Diese geht am einfachsten, wenn du das Reagenzglas mit dem gesammelten Gas mit dem Daumen verschlossen hältst. Das Reagenzglas hältst du nun schräg an eine Flamme und löst deinen Daumen von der Öffnung. Es gibt nun drei mögliche Beobachtungen. Wenn sich im Reagenzglas KEIN Wasserstoff befindet, hörst du nichts. Der Nachweis ist negativ. Hörst du ein leicht pfeifendes Geräusch, liegt Wasserstoff in REINER Form vor. Hat sich im Reagenzglas ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch gesammelt, gibt es einen Knall. BAAM! Okay, hier haben wir also den anfangs angekündigten BANG! Die Stärke des Geräusches hängt also davon ab, zu welchen Anteilen Sauerstoff und Wasserstoff vorliegen. Bei welchen Reaktionen entstehen nun diese beiden Gase? Die Vermutung liegt nahe, dass Wasser irgendetwas damit zu tun hat, oder? Ganz richtig! Wasser kann elektrochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Durch diese sogenannte "Elektrolyse" können beide Gase an Elektroden gesammelt und anschließend nachgewiesen werden. Wasserstoff entsteht außerdem bei der Reaktion von unedlen Metallen mit einer Säure. Gibt man beispielsweise ein kleines Stückchen Zink in eine Salzsäure-Lösung, wird das Zink zersetzt und Wasserstoff steigt als kleine Gasbläschen auf. Das Gleiche geschieht bei der Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser. Das, was du hier siehst, ist Natrium, das unter Wasserstoffentstehung auf dem Wasser herumsaust. Nimmt man hierfür ein Alkalimetall, das weiter unten in der ersten Hauptgruppe steht, sähe das jedoch ganz anders aus. Kleiner Tipp: Probiere das besser nicht aus! Sauerstoff entsteht zum Beispiel, wenn Wasserstoffperoxid katalytisch zersetzt wird. Außerdem kann Sauerstoff durch das Linde-Verfahren, einer sogenannten fraktionierten Luftdestillation, aus unserer Umgebungsluft gewonnen werden. Wir fassen zusammen! Heute haben wir gelernt, dass auch Stoffe, die geruchlos, geschmacklos und farblos sind, nachgewiesen und voneinander unterschieden werden können. Mithilfe eines Kolbenprobers oder eines Standzylinders können Gase aufgefangen werden. Die Glimmspanprobe ist eine Nachweisreaktion für Sauerstoff. Die Knallgasprobe wird verwendet, um Wasserstoff nachzuweisen. Und vor allem haben wir heute wieder gelernt, dass in der Chemie häufig hinter zunächst Unscheinbarem, ja sogar Unsichtbarem eine ganz große Wirkung stecken kann. Unterschätze niemals "einfache" Gase! Dazu aber in einem anderen Video noch mehr.