Gasnachweise: Wasserstoff, Sauerstoff und CO₂

Ein Gasnachweis ist eine qualitative Analyse: Er liefert unter passenden Bedingungen einen Hinweis auf ein gesuchtes Gas. Die genaue Konzentration, also den Anteil dieses Gases an einem Gemisch, liefert er nicht.

Bei der Auswertung beschreibst du zuerst die Durchführung, dann die hörbare oder sichtbare Beobachtung und zuletzt die Deutung. Ein Signal kann mehrere Ursachen haben; bekannte Vergleichsproben helfen beim Einordnen. Unbekannte Gase können gefährlich sein. Diese Seite beschreibt Vorführungen der Lehrkraft im Chemieraum, keine Versuche für zu Hause.

Bei der Knallgasprobe wird aufgefangenes Gas an eine Flamme gebracht. Unter den vorgesehenen Versuchsbedingungen weist ein Ploppen oder Pfeifen auf Wasserstoff hin. Wasserstoff und Sauerstoff bestehen aus kleinsten Teilchen, den Molekülen. Im genauen Knallgasgemisch kommen auf zwei Wasserstoffmoleküle ein Sauerstoffmolekül. Je nach Gasmenge und Mischungsverhältnis kann die Reaktion unterschiedlich heftig ausfallen.

Wasserstoff ist extrem entzündbar; mit Luft bildet er schon ab etwa 4 % ein explosionsfähiges Gemisch. Deshalb führt nur die Lehrkraft die Probe vor, mit höchstens einem Reagenzglas voll Gas. Sie hält das Glas mit der Öffnung nach unten, und alle Köpfe bleiben von der Öffnung fern. Alle tragen Schutzbrillen und halten Abstand. Nie prüft sie direkt an der Gasflasche oder am Gasentwickler, und ein benutztes Reagenzglas verwendet sie nicht noch einmal. Danach schließt sie die Gasquelle und löscht die Brennerflamme. Bei der Reaktion entsteht Wasser. Kleine Wasserstoffreste können entweichen; deshalb sorgt die Lehrkraft während und nach der Vorführung für gute Raumlüftung. Zu Hause machst du diesen Versuch nicht.

Die Glimmspanprobe nutzt, dass Sauerstoff Verbrennungen ermöglicht und fördert. Ein Glimmspan ist ein angezündeter und ausgeblasener Holzspan: Seine Spitze glüht ohne Flamme. Sauerstoff fördert Brände stark. Deshalb zeigt die Lehrkraft die Probe vor: Alle tragen Schutzbrillen, brennbare Stoffe, Fett und Öl bleiben fern. Nach der Probe taucht sie den Span in ein Becherglas mit Wasser und wirft ihn erst abgekühlt in den Abfall.

Bleibt das Glimmen unverändert oder erlischt der Span, reicht der Sauerstoffanteil unter diesen Bedingungen nicht für ein positives Signal. Das heißt nicht, dass kein Sauerstoff da ist: Auch Luft enthält etwa 21 % Sauerstoff, und der Span glimmt darin nur normal weiter. Die Probe bestimmt keine Konzentration. Auch Lachgas, ein anderes Gas aus Stickstoff und Sauerstoff, kann ein positives Signal auslösen; die Deutung braucht deshalb den Kontext.

Für den gezielten Nachweis von Kohlenstoffdioxid wird Gas durch Kalkwasser, eine klare Calciumhydroxidlösung mit etwa 0,17 %, geleitet. Calciumhydroxid kann die Augen schwer schädigen. Deshalb führt die Lehrkraft die Probe vor: Alle tragen Schutzbrillen; wer die Lösung einfüllt, trägt Schutzhandschuhe. Kleine Reste gibt die Lehrkraft stark mit Wasser verdünnt in den Ausguss.

Eine Flamme kann in Kohlenstoffdioxid erlöschen, weil dann nicht genügend Sauerstoff zur Verbrennung verfügbar ist. Auch Stickstoff kann eine Flamme durch Sauerstoffverdrängung löschen. Der Flammentest identifiziert Kohlenstoffdioxid daher nicht sicher.

Falsche Schlussfolgerungen vermeidest du mit Vergleichsproben: Eine Positivprobe mit dem gesuchten Stoff zeigt das erwartete Signal. Eine Negativprobe ohne ihn zeigt das erwartete negative Ergebnis. Vergleiche beide mit der unbekannten Probe. Ein positives Signal kann bei einem Gemisch auf einen Bestandteil hinweisen; es beweist nicht die ganze Zusammensetzung. Selbst zwei positive Signale schließen weitere Gase nicht aus.