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Beschreibung von Elementen und Verbindungen
Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Wasser und Kohlendioxid
Name: Wasserstoff
Chemische Formel: H
Eigenschaften:
Bei Zündung reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff und Chlor heftig, ist sonst aber
vergleichsweise beständig und wenig reaktiv. Bei hohen Temperaturen wird das Gas
reaktionsfreudig und geht mit Metallen und Nichtmetallen gleichermaßen Verbindungen ein.
http://de.board.bigpoint.com/darkorbit/showthread.php?t=335981
Vorkommen oder Gewinnung:
Wasserstoff ist das häufigste chemische Element in der Sonne und den großen Gasplaneten
Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, die über 99,99 % der Masse des Sonnensystems in sich
vereinen. Im gesamten Weltall wird (unter Nichtbeachtung dunkler Materie) ein noch höherer
Anteil des Wasserstoff vermutet. Wasserstoff macht 75 % der gesamten Masse,
beziehungsweise 93 % aller Atome im Sonnensystem aus.
Verwendung, Bedeutung:
Jedes Jahr werden weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter Wasserstoff (rd. 30 Mio. t)
für zahllose Anwendungen in Industrie und Technik produziert. Wichtige Einsatzgebiete sind:

Energieträger: Beim Schweißen, als Raketentreibstoff. Auch als Kraftstoff für
Strahltriebwerke oder Verbrennungsmotoren kann Wasserstoff verwendet werden –
dieser Weg ist kurzfristig technologisch einfacher umzusetzen und besonders für
Nutzfahrzeuge mit hohen Kilometerleistungen aufgrund der mangelnden
Standfestigkeit der Brennstoffzellen die einzige Möglichkeit, siehe Wasserstoffantrieb.

Reduktionsmittel: H2 kann mit Metalloxiden reagieren und ihnen dabei den Sauerstoff
entziehen. Es entsteht Wasser und das reduzierte Metall. Das Verfahren wird bei der
Verhüttung von metallischen Erzen angewandt, insbesondere um Metalle möglichst
rein zu gewinnen.

Mit dem (Haber-Bosch-Verfahren) wird aus Stickstoff und Wasserstoff Ammoniak
hergestellt und daraus wichtige Düngemittel und Sprengstoffe.

Kohlehydrierung: Durch verschiedene chemische Reaktionen wird Kohle mit H2 in
flüssige Kohlenwasserstoffe überführt. So lassen sich Benzin, Diesel und Heizöl
künstlich herstellen. Momentan hat das Verfahren wegen höherer Kosten kaum
wirtschaftliche Bedeutung. Das könnte sich aber drastisch ändern, sobald die Ölvorräte
der Erde zur Neige gehen.

Fetthärtung: Gehärtete Fette werden oft aus Pflanzenöl mittels Hydrierung gewonnen.
Dabei werden die Doppelbindungen in den Fettsäure-Ketten der Fettmoleküle mit
Wasserstoff abgesättigt. Die entstandenen Fette haben einen höheren Schmelzpunkt,
wodurch das Produkt fest wird. Auf diese Weise stellt man Margarine her. Dabei
können sich auch so genannte trans-Fettsäuren bilden.

Kühlmittel: Aufgrund seiner hohen Wärmekapazität benutzt man Wasserstoff in
Kraftwerken und industriellen Anlagen als Kühlmittel. Insbesondere setzt man H2 dort
ein, wo eine Flüssigkeitskühlung problematisch werden kann. Die Wärmekapazität
kommt dort zum Tragen, wo das Gas nicht oder nur langsam zirkulieren kann. Weil
die Wärmeleitfähigkeit ebenfalls hoch ist, verwendet man strömendes H2 auch zum
Abtransport von thermischer Energie in große Reservoire (z. B. Flüsse). In diesen
Anwendungen schützt Wasserstoff die Anlagen vor Überhitzung und erhöht die
Effizienz.

Kryogen: Wegen der hohen Wärmekapazität eignet sich flüssiger Wasserstoff als
Cryogen, also als Kühlmittel für extrem tiefe Temperaturen. Auch größere
Wärmemengen können von flüssigem Wasserstoff gut absorbiert werden, bevor eine
merkliche Erhöhung in seiner Temperatur auftritt. So wird die tiefe Temperatur auch
bei äußeren Schwankungen aufrechterhalten.

Traggas: In Ballons und Luftschiffen fand Wasserstoff eine seiner ersten
Verwendungen. Wegen der leichten Entzündlichkeit von H2-Luft-Gemischen führte
dies jedoch wiederholt zu Unfällen. Die größte Katastrophe in diesem Zusammenhang
ist wohl das Unglück der „Dixmude“ 1923, am bekanntesten wurde sicherlich die
„Hindenburg-Katastrophe“ im Jahr 1937. Wasserstoff als Traggas wurde mittlerweile
durch Helium ersetzt und erfüllt diesen Zweck nur noch in sehr speziellen
Anwendungen.
Name: Sauerstoff
Chemische Formel: O
Eigenschaften:
Molekularer Sauerstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, welches bei
−182,97 °C zu einer farblosen Flüssigkeit kondensiert. In dicken Schichten zeigt gasförmiger
und flüssiger Sauerstoff eine blaue Farbe. Unterhalb −218,75 °C erstarrt Sauerstoff zu blauen
Kristallen. Das Element kommt fest in mehreren Modifikationen vor. Zwischen −218,75 und
−229,35 °C liegt Sauerstoff in der kubischen γ-Modifikation und zwischen −229,35 und
−249,26 °C in einer rhomboedrischen β-Modifikation vor. Unterhalb von −249,26 °C ist
schließlich die monokline α-Modifikation am stabilsten. Es ist – im Gegensatz zu anderen
Nichtmetallen – paramagnetisch und besitzt diradikalischen Charakter. Der kritische Punkt
liegt bei einem Druck von 50,4 bar und einer Temperatur von 154,7 K (-118,4 °C). Die
kritische Dichte beträgt 0,436 g/cm3.
Vorkommen oder Gewinnung:
Sauerstoff ist das häufigste und am weitesten verbreitete Element auf der Erde. Es kommt
sowohl in der Atmosphäre, als auch in der Lithosphäre, der Hydrosphäre und der Biosphäre
vor. Sauerstoff hat einen Massenanteil von 50,5 % an der Erdhülle (bis 16 km Tiefe,
einschließlich Hydro- und Atmosphäre). An der Luft beträgt sein Massenanteil 23,16 %
(Volumenanteil: 20,95 %), an Wasser 88,8 % (Meerwasser: 86 %, da dort größere Mengen
Ionen gelöst sind).
Verwendung, Bedeutung
Name: Stickstoff
Chemische Formel: N
Eigenschaften:
Molekularer Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, welches bei tiefen
Temperaturen (−196 °C) zu einer farblosen Flüssigkeit kondensiert. Stickstoff ist in Wasser
wenig löslich (23,2 ml Stickstoff in 1 l Wasser bei 0 °C) und nicht brennbar.
Vorkommen oder Gewinnung:
Schon im 19. Jahrhundert erkannte man, dass ein großer Teil der pflanzlichen Materie
Stickstoff enthält und ein wichtiges Bauelement aller Lebewesen ist. Er ist das wesentliche
Element der Proteine und Proteide (Eiweißstoffe) und der DNA. Stickstoff ist daher auch
Baustein aller Enzyme, de den pflanzlichen, tierischen und menschlichen Stoffwechsel
steuern. Stickstoff ist für jedes Leben unentbehrlich.
Verwendung, Bedeutung
Stickstoffverbindungen
Stickstoff wird zur Synthese von Ammoniak (Haber-Bosch-Verfahren) und Kalkstickstoff und
bei chemischen Reaktionen verwendet. Darüber hinaus finden Stickstoffverbindungen
mannigfaltige Anwendungen im Bereich der organischen Chemie und dienen als Düngemittel.
Viele Sprengstoffe sind Stickstoffverbindungen. Es handelt sich meistens um NitroVerbindungen. Bei ausreichend Nitro-Gruppen im Molekül können die Sauerstoffatome der
Nitro-Verbindung bei ausreichender Anregung mit den Kohlenstoff- oder Wasserstoffatomen
im selben Molekül exotherm reagieren und somit wird aus dem Feststoff oder der Flüssigkeit
(z. B. Nitroglycerin) plötzlich ein Gas hoher Temperatur, das sich mit großer Gewalt
ausdehnt. Sprengstoffe befinden sich also in einem metastabilen Zustand. Bei wenigen NitroGruppen erfolgt lediglich eine schnelle und unvollständige Verbrennung (z. B. Zelluloid
(Tischtennisball)).
Stickstoffgas
Stickstoff wird zur Füllung von Flugzeugreifen großer Flugzeuge verwendet. Der reine
Stickstoff verhindert, dass Flugzeugreifen durch die große Hitzeentwicklung beim Aufsetzen
während der Landung, oder beim Startlauf, von innen in Brand geraten können. Siehe:
Flugzeugreifen.
Stickstoff dient auch als Schutzgas, u. a. beim Schweißen und als Lampen-Füllgas. Die
inerten Eigenschaften des Stickstoffs sind hier von Bedeutung.
Stickstoff findet in Getränkezapfanlagen Verwendung, wenn auf Grund von baulichen
Umständen (langer Leitungsweg, großer Höhenunterschied) ein hoher Zapfdruck notwendig
wird. Stickstoff wird hier zusammen mit Kohlenstoffdioxid als Mischgas verwendet. Da sich
Stickstoff nicht im Getränk löst, kann auch bei höheren Drücken ohne zu viel Schaumbildung
bzw. Aufcarbonisierung gezapft werden.
Die umstrittene Füllung von Autoreifen mit Stickstoff wird im Artikel Reifengas thematisiert.
Flüssigstickstoff
Siedender Stickstoff in einem Metallbecher (−196 °C)
Aufgrund des niedrigen Siedepunkts wird flüssiger Stickstoff (engl. „Liquid Nitrogen“, LN)
als Kältemedium in der Kryotechnik eingesetzt. Der Stickstoff entzieht dabei dem Kühlgut
seine Verdampfungswärme und hält dieses solange kalt, bis er verdampft ist.
Gegenüber flüssigem Sauerstoff, der bei −183 °C (90 K) siedet, ist der Siedepunkt von LN um
weitere 13 K niedriger, er siedet bei -196 °C (77 K) und bringt Luftsauerstoff und andere Gase
zur Kondensation, die auf diese Weise getrennt werden können.
Flüssiger Stickstoff (Dichte 807 g/l) wird unter anderem dazu verwendet, bei
Hochtemperatursupraleitern den supraleitenden Zustand zu erzeugen.
Er wird auch zur Lagerung biologischer und medizinischer Proben, Eizellen und Sperma,
sowie zum Schockfrieren von biologischem Material verwendet.
Ein Beispiel ist auch die Kühlung von Infrarot-Fotoempfängern, um deren thermisches
Rauschen zu verringern oder überhaupt erst einen halbleitenden Zustand in ihnen
herbeizuführen.
Im Tiefbau dient er der Bodenvereisung.
Im Bereich der Werkstofftechnik benutzt man Flüssigstickstoff um Restaustenit in
bestimmten gehärteten Stählen zu beseitigen oder die Werkstoffe durch „Tiefkühlen“
künstlich zu altern. LIN wird auch eingesetzt um z. B. Getriebewellen soweit zu schrumpfen,
dass aufgesetzte Zahnräder durch Presspassung auf der Welle halten.
Beim Recycling von Kabeln wird der Isolierstoff durch Kühlen mit flüssigem Stickstoff
spröde und kann vom Metall (Aluminium bzw. Kupfer) abgeschlagen werden.
Ein weiteres Einsatzgebiet für flüssigen Stickstoff ist die Kryochirurgie, in der z. B. Warzen
„vereist“ werden. In diesem Fall wird flüssiger Stickstoff direkt auf die zu behandelnde
Hautpartie aufgesprüht.
In Deutschland noch weitestgehend experimentell ist die „Stickstoff-Bestattung“ (grüne
Bestattung). Als Alternative zur krematorischen Bestattung (Leichenverbrennung) wird die
Leiche bei -18 °C schockgefroren und dann in ein Bad aus flüssigem Stickstoff von -196 °C
gegeben. Der so erstarrte Körper wird daraufhin brüchig wie Glas. Durch Schallwellen und
Erschütterung zerfällt er zu einer pulverigen Substanz. In einer Vakuumkammer wird dieser
das Wasser entzogen, anschließend werden Metallteile – beispielsweise Zahnfüllungen –
entfernt. Dies hat folgende Vorteile: Die sterblichen Überreste könnten nun in einem kleinen,
biologisch abbaubaren Sarg-Gefäß beigesetzt werden. Zur Bestattung reicht ein flaches Grab
von etwa 30 cm Tiefe, wo Sauerstoff und Bakterien den Zersetzungsprozess einleiten. Die
Verrottung ist schon innerhalb eines halben Jahres abgeschlossen. Zum Vergleich: eine
herkömmliche Holzsargbestattung geschieht in etwa 2 m Tiefe, der Zersetzungsprozess dauert
mehrere Jahre.
An einem Pilotprojekt bezüglich dieser neuen Bestattungsart arbeitet die schwedische
Biologin Susanne Wiigh-Mäsak.
Stickstoff-Verbraucher bekommen Stickstoff oft statt in Druckgasflaschen als
Flüssigstickstoff in Thermosbehältern ähnlich einer Thermosflasche bereitgestellt. Diese
Behälter bezeichnet man als Dewargefäß. Der Stickstoff wird dazu flüssig aus ebenfalls
doppelwandigen Tankfahrzeugen abgefüllt.
Name: Kohlenstoff
Chemische Formel: C
Eigenschaften:
Vorkommen oder Gewinnung:
Kohlenstoff ist ein essentielles Element der Biosphäre, es ist in allen Lebewesen - nach
Sauerstoff (Wasser) - dem Gewicht nach das bedeutendste Element. Alles lebende Gewebe ist
aus (organischen) Kohlenstoffverbindungen aufgebaut.
Verwendung, Bedeutung
Name: Wasser
Chemische Formel: H2O
Eigenschaften:
Vorkommen oder Gewinnung:
Verwendung, Bedeutung
Name:
Chemische Formel:
Eigenschaften:
Vorkommen oder Gewinnung:
Verwendung, Bedeutung
Name:
Chemische Formel:
Eigenschaften:
Vorkommen oder Gewinnung:
Verwendung, Bedeutung
Name:
Chemische Formel:
Eigenschaften:
Vorkommen oder Gewinnung:
Verwendung, Bedeutung
Name:
Chemische Formel:
Eigenschaften:
Vorkommen oder Gewinnung:
Verwendung, Bedeutung