Gase herstellen

Gase herstellen
Gase werden im Labor in vielfältiger Art und Weise benötigt. Wie man Gase auffängt, lesen Sie unter >Volumenbestimmung von Gasen, das Beseitigen von Feuchtigkeit unter >Trocknen von Gasen, die Gasreinigung unter >Adsorbieren oder >Absorbieren, Informationen zu den Laborgasen - insbesondere auch über ihre Giftigkeit - finden Sie im >Lexikon der Gase.

Thermische Zersetzung von festen Stoffen

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 (siehe oben), ihren Zweck. 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

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. Weitere Auffangapparaturen für Gase finden Sie im Kapitel >Volumenbestimmung von Gasen.

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

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 Springbrunnenversuche:

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	chem. Formel	Die Herstellung erfolgt durch Erhitzen von:	aus 10ml Flüssigkeit entstehen max.:
Chlorwasserstoff	HCl	Salzsäure rauchend	700ml
Ammoniak	NH₃	Ammoniaklösung 10%	900ml
Schwefeldioxid	SO₂	schweflige Säure	225ml

Gasentwicklung durch chemische Reaktion mit einer Flüssigkeit

Ein einfacher, ungeregelter Gasentwickler besteht aus einem Reaktionsgefäß, z.B. einem Rundkolben oder einem Erlenmeyerkolben mit Ableitung und einem aufgesetzten Tropftrichter. Über den Hahn lässt sich die zugeführte Menge an Flüssigkeit in das Reaktionsgefäß regeln. Eine Unterbrechung durch Verschließen der Ableitung ist nicht möglich, da dann das Gefäß platzen würde, sofern es keinen Druckausgleich besitzt.


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

Die Geschwindigkeit des Gasentwicklung hängt von mehreren Faktoren ab (siehe >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 Kippsche Gasentwickler. Dieser arbeitet nach folgendem Prinzip:

a) Nach dem Einfüllen des Feststoffes (z.B. Zink granuliert) und der Flüssigkeit (z.B. 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 (z.B. Wasserstoff).
c) Beim Schließen des Hahns wird die Flüssigkeit durch das zunächst noch entstehende Gas zurückgedrängt, so dass die Gasentwicklung wieder aufhört.

Kippscher Gasentwickler zur kontinuierlichen Entnahme von Wasserstoff
Beim Arbeiten mit einem Kippschen Gasentwickler sind einige Sicherheitsmaßnahmen zu beachten. So sollten die Stopfen mit Schlifffett 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.

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