Gase herstellen

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Gase herstellen

Gase werden im Labor in vielfältiger Art und Weise benötigt. Zur Herstellung von Gasen in der Schule kommen verschiedene Verfahren in Betracht. Für einfache Schülerübungen erfüllen schwer schmelzbare Reagenzgläser, die mit einem Stopfen und einem Ableitungsrohr verbunden sind, ihren Zweck.

Thermische Zersetzung von festen Stoffen

Das Reagenzglas wird waagerecht in ein Stativ gespannt und vorsichtig erhitzt. Da Sauerstoff schwerer als Luft ist, wird er in ein senkrecht stehendes Reagenzglas, dessen Öffnung nach oben zeigt, eingeleitet. Auf diese Art und Weise kann durch das Erhitzen von Kaliumpermanganat auf über 240 °C Sauerstoff hergestellt werden (>Schülerübung):

10 KMnO₄

3 K₂MnO₄ + 2 K₂O • 7 MnO₂ + 6 O₂

Name des Gases	Formel	Herstellung durch Erhitzen von:	Aus 1 g Stoff entstehen maximal:
Sauerstoff	O₂	Kaliumpermanganat	110 ml
Ammoniak	NH₃	Mischung von Ammoniumchlorid und Calciumhydroxid	150 ml
Schwefelwasserstoff	H₂S	je 1 Masseteil Paraffin und Kieselgur mit 2 Masseteilen Schwefel mischen	225 ml
Stickstoffdioxid	NO₂	Blei(II)-nitrat	80 ml
Kohlenstoffmonooxid	CO	2 Masseteile Zink und 1 Masseteil Calciumcarbonat mischen	keine Angaben

Austreiben von Gasen aus Flüssigkeiten durch Erhitzen

Sind Gase in Flüssigkeiten gelöst, können Sie durch einfaches Erhitzen ausgetrieben werden. Man verwendet in der Regel zwei Rundkolben aus Duranglas, wobei auf den unteren Kolben ein Stopfen mit Gasableitungsrohr aufgesetzt wird. Durch vorsichtiges Erhitzen füllt sich der obere, umgekehrte Rundkolben mit dem ausgetriebenen Gas. Diese Apparatur eignet sich beispielsweise zur Herstellung von Chlorwasserstoff oder von Ammoniak für Springbrunnen-Versuche:

Der Nachteil dieser Methode liegt in dem hohen Feuchtigkeitsgehalt der ausgetriebenen Gase. Sie müssen daher gegebenenfalls getrocknet werden (>Trocknen von Gasen). Für Schülerübungen eignen sich auch zwei starkwandige, aufeinander gestellte Reagenzgläser, wobei das untere im Wasserbad erhitzt wird. Dabei ist allerdings zu beachten, dass Schüler mit konzentrierten Säuren nicht arbeiten dürfen.

Name des Gases	Formel	Die Herstellung erfolgt durch Erhitzen von:	Aus 10 ml Flüssigkeit entstehen maximal:
Chlorwasserstoff	HCl	Salzsäure rauchend	700 ml
Ammoniak	NH₃	Ammoniaklösung 10%	900 ml
Schwefeldioxid	SO₂	Schweflige Säure	225 ml

Gasentwicklung durch chemische Reaktion mit einer Flüssigkeit

Ein einfacher, ungeregelter Gasentwickler besteht aus einem Reaktionsbehälter, zum Beispiel einem Rundkolben oder einem Erlenmeyerkolben mit Ableitung und einem aufgesetzten Tropftrichter. Über den Hahn lässt sich die zugeführte Menge Flüssigkeit in den Reaktionsbehälter regeln. Eine Unterbrechung durch Verschluss der Ableitung ist nicht möglich, da dann der Behälter platzen würde, sofern es keinen Druckausgleich besitzt.


Gasentwickler mit Reagenzgläsern für einfache Schülerübungen	Schliff-Gasentwickler mit Tropftrichter und Druckausgleich

Werden giftige oder aggressive Gase wie Chlor hergestellt, ist in jedem Fall eine Schliffapparatur zu verwenden. Außerdem sollte die Gasentwicklung im gut ziehenden Abzug durchgeführt werden. Die Tropfgeschwindigkeit und damit auch die Geschwindigkeit der Gasentwicklung kann mit dem Hahn am Gasentwickler gesteuert werden.

Name des Gases	Formel	Zugetropfte Flüssigkeit	Vorgelegter Stoff	Aus 1 g Feststoff entstehen maximal:
Wasserstoff	H₂	Salzsäure 10%	Zink granuliert	350 ml
Sauerstoff	O₂	Wasserstoffperoxid- lösung 10%	Mangan(IV)-oxid	aus 10 ml H₂O₂ 250 ml
Stickstoff	N₂	Natriumnitritlösung	Ammoniumchloridlsg.	aus 10 ml A. 250 ml
Chlor	Cl₂	Salzsäure konz.	Kaliumpermanganat	150 ml
Chlorwasserstoff	HCl	Schwefelsäure konz. (erwärmen)	Natriumchlorid	370 ml
Bromwasserstoff	HBr	Phosphorsäure konz. (erwärmen)	Kaliumbromid	80 ml
Schwefelwasserstoff	H₂S	Salzsäure 10%	Eisen(II)-sulfid	230 ml
Ammoniak	NH₃	Natronlauge konz.	Ammoniumchlorid	400 ml
Kohlenstoffdioxid	CO₂	Salzsäure 10%	Calciumcarbonat	210 ml
Kohlenstoffmonooxid	CO	Schwefelsäure konz.	Natriumformiat	keine Angaben
Schwefeldioxid	SO₂	Schwefelsäure 20%	Natriumsulfit	55 ml
Methan	CH₄	warmes Wasser (nur kleine Mengen)	Aluminiumcarbid	180 ml
Ethin	C₂H₂	Wasser (nur kleine Mengen)	Calciumcarbid	310 ml

Die Geschwindigkeit der Gasentwicklung hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem auch von der Reaktionsgeschwindigkeit. Wasserstoff lässt sich auch durch das Hineinwerfen von gekörntem Calcium in Wasser leicht herstellen. Dabei entsteht unter Wasserstoffbildung Calciumhydroxid (>Schülerübung):

Ca + 2 H₂O

Ca(OH)₂ + H₂

Das bekannteste Gerät zur kontinuierlichen Gasentwicklung ist der von dem Apotheker Petrus Jacobus Kipp (1808–1864) im Jahre 1860 erfundene Kipp'sche Gasentwickler. Dieser arbeitet nach folgendem Prinzip:

a) Nach dem Einfüllen des Feststoffes (zum Beispiel Zink granuliert) und der Flüssigkeit (zum Beispiel Salzsäure) bei geschlossenem Hahn, steigt die Flüssigkeit im unteren Behälter solange, bis die darüber stehende Luft ein weiteres Ansteigen verhindert.
b) Durch das Öffnen des Hahns entweicht zunächst Luft, so dass die Flüssigkeit wieder ansteigt und in den mittleren Behälter gelangt. Dadurch reagiert die Flüssigkeit mit dem Feststoff und es entsteht ein Gas (zum Beispiel Wasserstoff).
c) Beim Schließen des Hahns wird die Flüssigkeit durch das zunächst noch entstehende Gas zurückgedrängt, so dass die Gasentwicklung wieder stoppt.

Kipp'scher Gasentwickler zur kontinuierlichen Entnahme von Wasserstoff

Beim Arbeiten mit einem Kipp'schen Gasentwickler sind einige Überlegungen zur Sicherheit zu beachten. So sollten die Stopfen mit Schliff-Fett gefettet und mit Drahtschellen gesichert sein, damit sie durch das entstehende Gas nicht herausgedrückt werden. Bei der Herstellung von Wasserstoff muss die Knallgasprobe durchgeführt werden, bevor das Gas entzündet wird.

Weitere Informationen

Gase auffangen und messen: Volumenbestimmung von Gasen
Beseitigen von Feuchtigkeit: Trocknen von Gasen
Gasreinigung: Adsorbieren oder Absorbieren
Informationen zu den Laborgasen, Bedienen von Flaschen, Toxikologie: Lexikon der Gase