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Die Chemie-Schule

Thema: Wasser - Wasserstoff - Redoxvorgang

OK, dann spendir mir wenigstens ein Bier



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20. Die Zusammensetzung des Wassers

Der Weg der Stoffuntersuchung

Die meisten Stoffe in der Natur treten als Gemenge auf, also vermischt mit anderen Stoffen. Will man einen Stoff untersuchen, so muß zuerst das Gemenge in seine Bestandteile, also in die einzelnen Reinstoffe, zerlegt werden. Danach untersucht man, aus welchen Atomen die Reinstoffe zusammengesetzt sind. Wenn der Reinstoff ein Element ist, so besteht er nur aus einer einzigen Sorte von Atomen. Verbindungen dagegen bestehen mindestens aus zwei Sorten von Atomen. Um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, wendet man die Verfahren der Analyse und Synthese an.

Wenn ein Reinstoff aus Quecksilber- und Sauerstoffatomen besteht, dann ergibt die Zerlegung die Analysenprodukte Quecksilber und Sauerstoff, die aufgrund ihrer Eigenschaften bestimmt werden können (Versuch 2, Kapitel 7).

$ \mathrm { {\color {black}{Analyse:}} \ {\color{maroon}{Quecksilberoxid}} \longrightarrow {\color {orange}{Quecksilber}} + {\color {blue} {Sauerstoff}} }$

Da bei der Analyse eines Elements keine verschiedenen Produkte entstehen können, kann man sich sich bei obigem Beispiel sicher sein, dass es sich um eine Verbindung handelt.

Es könnte aber sein, dass bei einer Untersuchung ein Bestandteil einer unbekannten Verbindung nicht gleich entdeckt wurde. Dann wäre das Ergebnis der Analyse falsch. Um das Ergebnis zu überprüfen, versuchen Chemiker und Chemikerinnen deshalb, aus den analysierten (festgestellten) Bestandteilen die bisher unbekannte Verbindung zu synthetisieren. Am Beispiel von oben nimmt man Quecksilber und versucht dieses Element mit Sauerstoff zu verbinden. Dies gelingt bei höheren Temperaturen und der synthetisierte Stoff besitzt die gleichen Eigenschaften wie der vorher unbekannte Stoff.

$ \mathrm { {\color {black}{Synthese:}} \ {\color {orange}{Quecksilber}} + {\color {blue} {Sauerstoff}} \longrightarrow {\color{maroon}{Quecksilberoxid}} }$

 
 
Der Boden eines Reagenzglases wird mit etwas feuchtem Sand bedeckt und in die Mitte des Reagenzglases ein Stück Magnesiumband gelegt. Das Reagenzglas wird mit einem Stopfen verschlossen, in dem ein Glasröhrchen steckt. Erhitze nun und versuche, das entweichende Gas zu entzünden.
Bild 1. Das Video zeigt ein Experiment zur Zersetzung von Wasser mit Magnesium.
 

Analyse und Synthese des Wassers

 
Die Zusammensetzung eines Reinstoffes kann durch Analyse und Synthese ermittelt werden

Mit Hilfe der Destillation (Kapitel 18) kann aus Quellwasser der Reinstoff Wasser abgetrennt werden. Jedoch ist die Analyse des Wassers nicht so einfach wie die des Quecksilberoxids. Daher versucht man in solchen Fällen die unbekannte Verbindung mit einem Element zur Reaktion zu bringen.

Im Beispiel unten reagiert die Verbindung AB mit dem zugesetzten Stoff C zu AC und B. Wenn als Reaktionsprodukte die Verbindung AC und das Element B nachgewiesen werden, muß die untersuchte Verbindung aus den Elementen A und B zusammengesetzt sein.

$ \quad \mathrm { {\color {maroon}{A}} {\color {blue} {B}} \ + \ {\color{orange}{C}} \ \ \longrightarrow {\color {maroon}{A}} {\color{orange}{C}} \ + \ {\color {blue} {B}} }$

 
Zersetzung von Wasser mit Magnesium: Bildung von MgO weist Sauerstoff nach und brennbarer Wasserstoff entweicht

Bei der Stoffaufklärung des Wassers kann man dieses Verfahren, wie in Versuch 1 beschrieben, anwenden. Aus dem Sand steigt Wasserdampf auf und verdrängt zunächst die Luft aus dem Reagenzglas. Trotzdem kann man beobachten, dass aus dem Magnesium weißes Magnesiumoxid entsteht. Der erforderliche Sauerstoff für die Bildung von Magnesiumoxid muß also nach den Versuchsbedingungen aus dem Wasser stammen. Ähnliche Ergebnisse erziehlt man bei der Verwendung der Metalle Eisen und Zink. Aus dem Reagenzglas entweicht ein Gas, das mit der Knallgasprobe als Wasserstoff nachgewiesen werden kann. Der Wasserstoff kann auch entzündet werden. Die Moleküle des Wasserstoffs bestehen aus zwei Atomen, also schreibt man H2.

 
 
Über eine Wasserstoff-Flamme wird kurz ein trockenes Becherglas gehalten.

$ \quad \mathrm { {\color {maroon}{H}} {\color {blue} {O}} {\color {maroon}{H}} \ + \ {\color{orange}{Mg}} \ \ \longrightarrow {\color{orange}{Mg}} {\color {blue} {O}} \ + \ {\color {maroon}{H}} {\color {maroon}{H}} }$

Nun versucht man, da außer Wasserstoff und Sauerstoff keine weiteren Bestandteile nachgewiesen wurden, ob die Synthese von Wasserstoff und Sauerstoff die Verbindung Wasser ergibt. Dazu muß man Wasserstoff und Sauerstoff miteinander verbinden, was in chemischer Hinsicht eine Verbrennung darstellt. Das Ergebnis bestätigt die Richtigkeit der Untersuchung, denn als Verbrennungsprodukt von Wasserstoff entsteht Wasser. Demnach ist Wasser eine Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff und ein Oxid des Wasserstoffs. Nun kann man die chemischen Reaktionen, die bei der Untersuchung des Wassers aufgetreten sind, in chemischen Gleichungen darstellen.

Zerlegung mit Magnesium :

$ \mathrm { Mg+H_{2}O \; \longrightarrow \; MgO + H_{2} \uparrow } $
Magnesium + Wasser   →   Magnesiumoxid + Wasserstoff

Synthese aus den Elementen :

$ \mathrm { 2H_{2} + O \; \longrightarrow \; H_{2}O } $
Wasserstoff + Sauerstoff   →   Wasser

Der Reinstoff Wasser ist in chemischer Hinsicht die Verbindung Wasserstoffoxid

 
Wasser ist Wasserstoffoxid