Chemie · Klasse 5–10 · aktualisiert
Luft in der Chemie: Zusammensetzung und Trennung
Luft ist ein Gasgemisch. Du lernst Anteile trockener und feuchter Luft zu lesen und Trennung von Reaktion zu unterscheiden.
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Kurz gesagt
Luft ist ein Gemisch aus Gasen, keine chemische Verbindung. Trockene Luft besteht grob aus 78 Volumenprozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff und knapp 1 Prozent Argon mit Spurengasen. In feuchter Luft kommt veränderlich viel Wasserdampf hinzu.
Luft ist kein einzelner Stoff, sondern ein Gasgemisch. In trockener Luft stecken vor allem Stickstoff und Sauerstoff, dazu Argon und kleine Anteile weiterer Gase. Auf dieser Seite lernst du, Zusammensetzungsangaben richtig zu lesen und eine Stofftrennung von einer chemischen Reaktion zu unterscheiden.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Wenn du einen Luftballon aufbläst, füllst du ihn mit mehreren Gasen. Ihre winzigen Teilchen sind vermischt, bleiben aber jeweils dieselben Stoffe. Ein Atom ist ein winziger Baustein eines Stoffes. Ein Element ist eine Atomsorte, zum Beispiel Sauerstoff. In einer chemischen Verbindung sind Atome verschiedener Elemente in einem festen Zahlenverhältnis verbunden, etwa in Wasser immer zwei Wasserstoffatome auf ein Sauerstoffatom. Die Anteile eines Gemischs können dagegen schwanken; Luft hat deshalb keine gemeinsame chemische Formel.
Definition
Gasgemisch
Ein Gasgemisch enthält mehrere gasförmige Stoffe. Ihre Teilchen sind verteilt, bleiben aber Teilchen ihres jeweiligen Stoffes. Moleküle sind Gruppen fest verbundener Atome: In Luft gibt es zum Beispiel Stickstoffmoleküle und Sauerstoffmoleküle neben einzelnen Argonatomen.
Beispiel
- 1Ein Sauerstoffmolekül bleibt in unverschmutzter Luft ein Sauerstoffmolekül.
- 2Es wird nicht schon durch das Mischen mit Stickstoff zu einem neuen Stoff.
- 3Erst bei einer chemischen Reaktion, etwa einer Verbrennung, werden Teilchen neu angeordnet und neue Stoffe entstehen.
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Für vergleichbare Zahlen betrachtet man meist trockene Luft. Das bedeutet: Der wechselnde Wasserdampfanteil wird bei dieser Tabelle nicht mitgezählt. Kohlenstoffdioxid macht als grobe, zeitlich einzuordnende Rundung etwa 0,04 Vol.-% trockener Luft aus. Dieser Anteil ist kein für alle Zeiten unveränderlicher Naturwert. Er verändert sich über längere Zeiträume und kann je nach Ort und Messsituation etwas abweichen.
| Bestandteil | Teilchenform in Worten | ungefährer Volumenanteil in trockener Luft |
|---|---|---|
| Stickstoff | je zwei verbundene Stickstoffatome | 78 % |
| Sauerstoff | je zwei verbundene Sauerstoffatome | 21 % |
| Argon | einzelne Argonatome | 0,93 % |
| Kohlenstoffdioxid und weitere Spurengase | zum Beispiel Kohlenstoffdioxid-Moleküle | deutlich unter 1 % zusammen |
Merke: Die Kurzform 78–21–1 hilft bei der Orientierung: ungefähr 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und knapp 1 % Argon plus Spurengase. Sie ist eine Rundung für trockene Luft.
Beispiel
- 1Denke dir 100 Liter trockene Luft unter gleichen Bedingungen.
- 2Darin entsprechen die Volumenanteile ungefähr 78 Litern Stickstoff, 21 Litern Sauerstoff und knapp 1 Liter Argon sowie Spurengasen.
- 3Die Gase liegen trotzdem vermischt vor; es gibt im Gefäß keine getrennten Schichten mit genau diesen Volumina.
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Ein Volumenanteil beschreibt, welcher Anteil am gesamten Gasvolumen auf einen Bestandteil entfällt. 21 Vol.-% Sauerstoff bedeuten näherungsweise: Von 100 Litern trockener Luft entfallen 21 Liter auf Sauerstoff, wenn alle Volumina bei gleichem Druck und gleicher Temperatur verglichen werden. Ein Massenanteil fragt nach dem Anteil an der Gesamtmasse. Bei gleichem Druck und gleicher Temperatur hat ein Liter Sauerstoff mehr Masse als ein Liter Stickstoff. Deshalb beträgt der Massenanteil von Sauerstoff in trockener Luft ungefähr 23 % statt 21 %.
Prozentangaben brauchen eine Bezugsgröße. Tabellen nennen für Luft meist Volumenanteile. Umgebungsluft enthält fast immer Wasserdampf, also unsichtbares gasförmiges Wasser. Sein Anteil hängt unter anderem von Temperatur, Ort und Wetter ab und reicht von fast 0 % bis zu einigen Volumenprozent. Zusätzlicher Wasserdampf verändert die Anteile der übrigen Gase am Gesamtvolumen. Darum benutzt man oft trockene Luft als Bezugsbasis. Nebel besteht dagegen aus winzigen flüssigen Wassertröpfchen.
Beispiel
- 1Zwei Luftproben können ähnlich viel Stickstoff und Sauerstoff enthalten, aber verschieden feucht sein.
- 2Eine Probe aus einem warmen, feuchten Raum kann mehr Wasserdampf enthalten als kalte Außenluft.
- 3Die Angabe „78 % Stickstoff“ ist dann nur als gerundete Zusammensetzung der trockenen Luft zu verstehen.
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Ozon besteht aus Molekülen mit je drei Sauerstoffatomen. In der Stratosphäre, einer höheren Atmosphärenschicht, nimmt Ozon einen Teil der UV-Strahlung auf. Bodennah kann es Atemwege und Pflanzen belasten; intensive Sonne fördert seine Bildung aus anderen Abgasen.
Luft ist ein Gemisch. Industriell werden ihre Bestandteile durch Abkühlen, Verflüssigen und fraktionierte Destillation getrennt: Beim Erwärmen werden die Bestandteile bei verschiedenen Temperaturen wieder gasförmig und können getrennt aufgefangen werden. Die Stoffarten bleiben beim Trennschritt erhalten. Bei einer chemischen Reaktion verbinden sich Atome neu und es entstehen andere Stoffe.
Merke: „Ozon ist gut“ oder „Ozon ist schlecht“ ist zu ungenau. Entscheidend sind Ort, Anteil in der Luft und Wirkung: oben schützt es vor UV-Strahlung, in Bodennähe kann es Lebewesen belasten.
Definition
Physikalische Stofftrennung
Bei einer physikalischen Trennung werden vorhandene Stoffe voneinander getrennt. Ihre Teilchenarten bleiben erhalten; es entstehen durch den Trennschritt keine neuen Stoffe.
Beispiel: Trennung und Reaktion vergleichen
- 1Bei der Destillation flüssiger Luft wird vorhandener Sauerstoff nur abgetrennt.
- 2Beim Verbrennen reagiert Kohlenstoff dagegen mit dem Sauerstoff der Luft.
- 3Als Wortgleichung: Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid. Mit Formeln:
- 4\ce{C + O2 -> CO2}
- 5Dabei wird Sauerstoff verbraucht und ein neuer Stoff entsteht; bei der Destillation bleibt der Sauerstoff erhalten.
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Alles auf einen Blick
Luft
Zusammensetzung
Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Spurengase; Wasserdampf mit veränderlichem Anteil
Angaben lesen
trockene Luft als Bezugsbasis; Volumenanteil von Massenanteil trennen
Ozon einordnen
Stratosphäre: Schutz vor UV-Strahlung; bodennah: möglicher Luftschadstoff
Vorgänge unterscheiden
Trennung: Stoffarten bleiben erhalten; Reaktion: neue Stoffe entstehen
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Anteil in trockener Luft lesen
- 1Eine Tabelle beschreibt 10 Liter trockene Luft bei gleicher Temperatur und gleichem Druck für alle Gasanteile.
- 2Darin entfallen ungefähr 78 Volumenprozent auf Stickstoff.
- 3Rechnung: 10 L · 0,78 = 7,8 L Stickstoff.
- 4Die 7,8 L sind ein Volumenanteil, keine Masse; Wasserdampf ist in der trockenen Bezugsbasis nicht enthalten.
Fehler finden
Sauerstoffanteil einer Luftprobe In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile übernimmt den Prozentwert als Literzahl. Richtig: 40 L · 0,21 = 8,4 L Sauerstoff.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Trockene Luft ist ein . Rund Volumenprozent davon sind Sauerstoff. Bei feuchter Luft kommt mit veränderlichem Anteil hinzu.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback