Die Nichtmetalle

Betrachten wir die „andere“ Seite des PSE. Hier finden wir die Elemente „rechts“ der Bor-Astat-Linie.
Die Nichtmetalle sind Atomarten, die Elementsubstanzen aufbauen, die immer etwas nichtmetallisches an sich haben. So sind einige gasförmig bei Raumtemperatur oder sie leiten keinen elektrischen Strom, glänzen nicht oder sind schlechte Wärmeleiter. Irgendwas fehlt immer …

Nichts desto trotz finden wir hier wichtige Bausteine unserer Natur und die häufigsten Atomarten (Elemente) dazu!

Beitrag: Kohlenstoff

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Wasserstoff – Hydrogenium (H) – Element 1

Arbeitsblatt zum Wasserstoff
Arbeitsblatt Wasserstoff Herstellung

Wie funktioniert ein Wasserstoffauto?

Entdeckt wurde Wasserstoff vom englischen Chemiker und Physiker Henry Cavendish im Jahre 1766, als er mit Quecksilber und Säuren experimentierte. Als er die beiden Substanzen zusammenbrachte, entstanden im Gemisch kleine Gasbläschen.

Das Element (die Atomart) Wasserstoff (Symbol: H) bildet als Elementsubstanz ein geruchloses, farbloses und brennbares Gas, welches aus Molekülen mit der Formel H2 aufgebaut ist.

Wasserstoff hat eine Dichte von 0,084 g/l und ist damit das „leichteste“ Element. Bei -253°C wird es flüssig und erstarrt bei -259°C  zum Feststoff. In Gemischen mit Luft oder Sauerstoff reagiert Wasserstoff explosionsartig. Dieses Gemisch nennt der Chemiker Knallgas . Bei höheren Temperaturen reagiert es mit vielen Metallen und Nichtmetallen heftig, wobei die entsprechenden Hydride gebildet werden. In Magnesiumhydrid \( (MgH_2) \) lösen sich 800 Liter Wasserstoff pro kg Hydrid. Damit wird es für die Nutzung als Energiespeicher interessant, da diese Energiedichte größer als die der gegenwärtigen Batterien ist. In Wasser ist Wasserstoff nur sehr wenig löslich. Eine besondere Eigenschaft von Wasserstoff ist, in Metalle einzudringen (diffundieren)  und mit ihnen „nicht stöchiometrische Metallhydride“ zu bilden.

Cavendishs Apparatur zur Darstellung von Gasen findet in weiterentwickelter Form noch heute statt.
Das pneumatische Auffangen von wenig wasserlöslichen Gasen ist ein Standardverfahren im Labor.

Die industrielle Produktion von Wasserstoff erfolgt zum großen Teil aus Erdöl, Erdgas und Biomasse. Dort wird im Dampfreforming -Verfahren der Wasserstoff gewonnen. Die Weltproduktion von Wasserstoff liegt bei ca. 350 Milliarden Tonnen pro Jahr. Wasserstoff wird für technische Hydrierungen und die verschiedensten chemischen Synthesen eingesetzt. Sein Einsatz zur Herstellung von Ammoniak hat die Hochdruckchemieindustrie begründet. Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese wird seit 1913 betrieben.
Auch in der Metallurgie kommt der Wasserstoff zum Einsatz. Zur Gewinnung von Metallen wie Wolfram und Chrom, werden die Erze mit Wasserstoff zu den Metallen reduziert.

36km weit flog der erste bemannte mit Wasserstoff gefüllte Ballon der Welt. Charles und Nicolas Robert flogen damit am 1. Dezember 1783, also 17 Jahre nach der Entdeckung des Elements.
Bis 1937 wurde der Wasserstoff in immer größeren Projekten wie Ballons und später auch in Luftschiffen als Füllgas eingesetzt. Dabei kam es aber immer wieder zu Katastrophen, die Menschenleben kosteten. Diese gipfelten im Absturz des mit 200.000m³ Wasserstoff gefüllten Zeppelins „Hindenburg“.

Der Einsatz von Wasserstoff ist bis heute immer mit einem Risiko belastet …
Eine Liste von Unglücken mit Luftschiffen gibt es hier!

Wasserstoff ist heute wieder im Gespräch nachdem dieser Stoff lange als zu gefährlich und unkontrollierbar galt. Nun tankt man Wasserstoff wieder in Busse, PKW und einige andere Fahrzeuge. Für Füllungen von Wetterbalonen und unbemannten Luftschiffen ist er immer noch eine preisgünstige Variante.

Wasserstoff ist natürlich im Chemieunterricht hergestellt eine spektakuläre Substanz, die mit der Knallgasprobe nachgewiesen werden kann. Die Bildung von explosiven Gemischen aus Sauerstoff der Luft und Wasserstoff wird hier genutzt.

Mehr?

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Kohlenstoff – Carboneum – Element 6

Material

Das Elemente(Atomart) Nummer 6 der Kohlenstoff (carboneum (lateinisch) = Kohle) ist in seinen chemischen Eigenschaften einzigartig, weil er mit sehr vielen Elementen eine Verbindung eingeht. Die Zahl der Kohlenstoffverbindungen ist weitaus größer als die Gesamtheit  aller Verbindungen, die von allen anderen Elementen zusammen untereinander eingegangen wird. Wir gehen heut von über 3 Millionen Verbindungen in der Kohlenstoffchemie aus.

Kohlenstoff ist nur mit 0,027% an der Erdhülle beteiligt. (Häufigkeiten der Elemente)

Reinen Kohlenstoff findet man in der Natur in 2 verschiedenen Erscheinungsformen (Allotropie)

Den extrem harten, nichtleitenden, farblosen, funkelnden, spröden Diamant und den schwarzgrauen, sehr weichen, stromleitenden Graphit .

Diamant
Graphit

Wähle Kohlenstoff (Diamant oder Graphit) zur dreidimensionalen Darstellung der Moleküle.

gefunden bei www.chemie-lernprogramme.de

Das Element Kohlenstoff im Video:

Hier noch die „Klugschei&§ervariante“… 😉

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Stickstoff -Hauptbestandteil der Luft

Bild von Arek Socha auf Pixabay

Stickstoff hatte schon viele Namen wie zum Beispiel „schlechte Luft“. Es hieß früher auch „Azot“, „Azotum“, „Stickgas“ oder „Zoogenium“. Das Symbol „N“ bezieht sich auf den lateinischen Namen „Nitrogenium“. Dies ist von „Herkunft des Laugensalzes“ abgeleitet.

Sein elementares Vorkommen in der Luft wurde 1771 von Carl Wilhelm Scheele nachgewiesen. Dort bildet es bei Raumtemperatur ein Gas aus zweiatomigen Molekülen \( (N_2) \). Aus diesem Gas besteht die Luft zu 78%.

Stickstoff kommt in der Natur in den Strukturen von Eiweißen und dem Salz Salpeter vor. Salpeter war bis in das beginnende 20. Jahrhundert die Hauptquelle zur Herstellung von Stickstoffverbindungen. Die stickstoffhaltigen Salze werden von den Menschen schon seit Jahrtausenden genutzt und hergestellt. Diese Nitrate und Ammoniumsalze finden sich in der Erdkruste, sind aber auch aus tierischen Exkrementen herstellbar. Schon im antiken Ägypten stellte man sie aus Kameldung oder dem Boden von Ställen her. In Südamerika erfolgt die Herstellung bis heute aus über Jahrhunderte abgelagerten Vogelkot (Guano).
So stehen uns die Stickstoffverbindungen über diese Salze und Naturstoffe zur Verfügung. Ammoniak, Salpetersäure und Stickstoff-Düngemittel sind die wichtigsten Produkte aus Stickstoff. Das 1913 erfundene Verfahren zur Ammoniakherstellung erlangte als Haber-Bosch-Verfahren Weltruhm.

Experimente mit Stickstoff

Anwendung : flüssiger Stickstoff hilft bei der Reparatur von Rohrleitungen

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