59 Die Grundlagen chemischer Reaktionen Wie können wir Wasserstoffgas herstellen? Im Labor wird Wasserstoffgas meist durch die Reaktion von unedlen Metallen (zB Zink) mit Salzsäure gewonnen ( LV1). Industriell erzeugt man Wasserstoffgas hauptsächlich auf zwei Arten: • Erzeugung aus fossilen Energieträgern, zB Erdgas: Aus „Kohlenwasserstoffen“ (= Verbindungen von C und H) wird Wasserstoffgas gewonnen. Dabei wird eine große Menge an Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre abgegeben. Wir sprechen daher von „grauem Wasserstoff“. • Elektrolyse von Wasser (2 H2O + Energie 2 H2 + O2): Diese Methode produziert nur dann „grünen Wasserstoff“, wenn die dafür benötigte elektrische Energie ohne Abgabe von Kohlenstoffdioxid – zB aus Wasserkraft, Windkraft, Solarzellen … – hergestellt wird (Abb. 59.1). Wasserstoffgas kommt in roten Gasflaschen in den Handel (Abb. 59.4). Wofür können wir Wasserstoffgas verwenden? Als Knallgas wird eine Mischung aus zwei Teilen Wasserstoffgas und einem Teil Sauerstoffgas bezeichnet. Bei der exothermen Reaktion entsteht Wasser unter der Abgabe von Wärmeenergie: 2 H2 + O2 2 H2O + Energie Knallgasschaum (Abb. 57.2) Gefahr Achtung Fülle eine 20-ml-Spritze mit zwei Teilen Wasserstoffgas und einem Teil Sauerstoffgas. Setze eine Kanüle auf und drücke die Gasmischung in eine Seifenblasenlösung. Entzünde den Schaum mit einem Streichholz. Beschreibe, woran du bei V3 die optimale Mischung von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas erkennst. Die Knallgasreaktion wird beim Schweißen und Löten zB in Goldschmieden eingesetzt (Abb. 59.5). Weltraumraketen werden durch die Reaktion von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas angetrieben. In der chemischen Industrie wird Wasserstoffgas als Reduktionsmittel verwendet ( Seite 39), zB zur Gewinnung von Metallen aus Metalloxiden. In Brennstoffzellen wird bei der Reaktion von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas chemische in elektrische Energie umgewandelt (Abb. 59.3 und 59.6). Brennstoffzellen finden zB Einsatz in der Raumfahrt und bei einigen Automodellen. Als Abgas entsteht Wasserdampf. Diskutiert in der Kleingruppe: Unter welchen Voraussetzungen kann Wasserstoffgas als umweltfreundliches Brenngas eingesetzt werden? 59.1 „Grüner Wasserstoff“: Hier wird Wasser mithilfe von Solarzellen (nicht im Bild) durch Elektrolyse in H2-Gas und O2-Gas zerlegt. Wasserstoffgas wird hergestellt: • im Labor durch Reaktion von zB Zink und Salzsäure. • industriell aus zB Erdgas oder durch die Elektrolyse von Wasser M 59.2 Knallgasschaum – Aus 2 Molekülen Wasserstoffgas und 1 Molekül Sauerstoffgas bilden sich 2 Moleküle Wasser. Dabei wird Wärmeenergie frei. V3 A3 + − Kathode Anode ElektrolytMembran Gleichspannung − − − − − − − − − − H+ H2 O2 H2O O2– V 59.3 Funktion der Brennstoffzelle: An der Anode (Minuspol) wird H2 in 2 H+ und 2 Elektronen gespalten. An der Kathode (Pluspol) wird O2 gespalten und nimmt dabei 2 Elektronen auf. Gesamtgleichung: 2 H+ + O2– 2 H 2O A4 59.4 Rote Gasflaschen enthalten entzündliche Gase, zB Wasserstoffgas. 59.5 Wasserstoffgas als Schweißgas bei Goldschmiedearbeiten 59.6 Eine Brennstoffzelle versorgt dieses Modellauto mit elektrischer Energie. GefBU x2956e Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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