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Die Zusammensetzung der Luft

Luft ist ein Gemisch aus Gasen. Trockene Luft besteht (nach Volumen) aus etwa 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0.93% Argon und 0.04% Kohlenstoffdioxid, dazu winzige Mengen anderer Edelgase. Der Wasserdampf schwankt zwischen 0 und etwa 4%. Dass Luft ein Gemisch ist und wie viel Sauerstoff sie enthält, zeigt man so: In einem geschlossenen Rohr lässt man Eisen rosten (oder Phosphor verbrennen). Das Wasser steigt dann um etwa ein Fünftel. Schadstoffe wie Rauch, Schwefeldioxid, Stickstoffoxide und Kohlenstoffmonoxid machen die Luft schädlich, aber wir können sie verringern.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Luft sieht leer aus, ist aber ein Gemisch aus Gasen. Stell dir die ganze Luft in einem Zimmer als 100 Kugeln vor. Jede Kugel ist 1 von 100 Teilen.
  2. 78 Kugeln sind Stickstoff. Stickstoff brennt nicht und hilft auch nicht beim Brennen. Er sorgt dafür, dass Feuer nicht zu wild wird.
  3. 21 Kugeln sind Sauerstoff. Wir atmen ihn ein, und Brennstoffe brauchen ihn zum Brennen.
  4. Nur 1 Kugel bleibt übrig. Sie ist meist Argon, ein Edelgas. Kohlenstoffdioxid ist winzig: nur 0.04%. Wasserdampf ändert sich von Tag zu Tag.
  5. Wir können Sauerstoff messen. Eisenwolle rostet in einem Rohr mit Luft über Wasser. Beim Rosten wird der Sauerstoff verbraucht, darum steigt das Wasser um etwa ein Fünftel.
  6. Probier es aus: Wähle ein Gas und eine Luftmenge und sieh, wie viel von diesem Gas darin steckt. Füge Verschmutzung hinzu und sieh, wie schädliche Teilchen auftauchen.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Wenn Luft hauptsächlich aus Stickstoff besteht, warum können wir dann nicht nur Stickstoff atmen?

Unsere Zellen brauchen Sauerstoff, um aus der Nahrung Energie freizusetzen. Stickstoff strömt unverändert in die Lunge und wieder heraus. Reiner Stickstoff würde uns ersticken.

Warum ist CO₂ ein so großes Thema, wenn es nur 0.04% sind?

Schon eine kleine Menge hält Wärme fest. Der Anstieg von 0.03% auf 0.04% hat die Erde schon erwärmt. Kleiner Anteil, große Wirkung.

Warum hört das Wasser bei einem Fünftel auf zu steigen und geht nicht ganz nach oben?

Nur der Sauerstoff (etwa 21%) wird verbraucht. Stickstoff und Argon sind noch da und behalten ihren Platz.

Gehört Wasserdampf zur Luft?

Ja, aber seine Menge ändert sich (0–4%), darum geben Tabellen trockene Luft an. An feuchten Tagen ist mehr davon da.

Warum nimmt man in manchen Glühbirnen und beim Schweißen Argon statt Stickstoff?

Argon ist ein Edelgas und reagiert gar nicht, auch nicht bei großer Hitze. Stickstoff kann bei sehr hohen Temperaturen reagieren.

Verändert Verschmutzung das Verhältnis 78/21?

Kaum. Schadstoffe sind eine winzige Menge, aber sehr schädlich. Sie kommen zum 'Rest' dazu (Regler in Schritt 6).

Luft ist ein Gemisch, keine Verbindung

Ein Gemisch besteht aus zwei oder mehr Stoffen, die vermischt, aber nicht durch eine chemische Reaktion verbunden sind. Luft ist ein Gemisch. Woher wissen wir das?

Welche Gase stecken in der Luft?

In trockener, sauberer Luft (nach Volumen):

GasAnteilHauptaufgabe
Stickstoff, N₂etwa 78%Verdünnt den Sauerstoff; Pflanzen bekommen ihn über Bakterien im Boden; wird für Dünger gebraucht
Sauerstoff, O₂etwa 21%Atmung (Zellatmung) und Verbrennung
Argon, Aretwa 0.93%Reaktionsträges Edelgas
Kohlenstoffdioxid, CO₂etwa 0.04%Pflanzen brauchen es für die Fotosynthese; hält Wärme fest
Neon, Helium, Krypton, Xenonwinzige SpurenEdelgase

Wasserdampf steht nicht in der Tabelle, weil er schwankt: von fast 0% in der Wüste bis etwa 4% im feuchten Regenwald. Die Luft trägt auch Staub, Pollen und Mikroben.

Edelgase: Eigenschaften und Verwendung

Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon sind die Edelgase (Gruppe 18). Ihre Atome haben volle Außenschalen, deshalb reagieren sie kaum. Sie sind farb- und geruchlos.

Den Sauerstoff in der Luft messen

Idee: Schließe eine bekannte Luftmenge ein. Verbrauche nur den Sauerstoff. Schau, wie stark das Volumen schrumpft.

Methode 1: rostendes Eisen

Schiebe feuchte Eisenwolle ganz nach oben in ein Messrohr. Stelle das Rohr umgekehrt ins Wasser. Über einige Tage rostet das Eisen. Rosten verbraucht Sauerstoff, deshalb steigt Wasser ins Rohr und nimmt seinen Platz ein. Es hört bei etwa 1/5 (21%) des Luftvolumens auf.

Methode 2: Phosphor verbrennen (Glasglocke)

Roter Phosphor wird in einer Glasglocke verbrannt, die im Wasser steht. Er reagiert mit Sauerstoff zu einem weißen festen Oxid, das sich löst. Wenn die Glocke abkühlt, steigt das Wasser etwa 1/5 hoch.

Methode 3: heißes Kupfer und zwei Spritzen

100 cm³ Luft werden zwischen zwei Gasspritzen über heißes Kupfer hin und her geschoben. Das Kupfer wird schwarz (Kupferoxid), weil es den Sauerstoff aufnimmt. Nach dem Abkühlen bleiben etwa 79 cm³ übrig, also waren etwa 21 cm³ Sauerstoff.

Anteil des Sauerstoffs = (verbrauchtes Volumen ÷ Anfangsvolumen) × 100. Das Restgas unterhält keine Verbrennung: Ein brennender Holzspan erlischt darin. Das zeigt, dass es überwiegend Stickstoff ist.

Luftverschmutzung: Quellen, Folgen und Schutz

Ein Schadstoff ist ein Stoff in der Luft, der Lebewesen oder Gebäude schädigt.

SchadstoffHauptquelleWirkung
Feinstaub (PM2.5, PM10, Ruß)Dieselmotoren, Verbrennen von Ernteabfällen, StaubDringt tief in die Lunge ein; Asthma, Herzkrankheiten; Smog
Kohlenstoffmonoxid (CO)Brennstoff verbrennt mit zu wenig Luft; AutoabgaseGiftig: Das Blut kann keinen Sauerstoff mehr transportieren
Schwefeldioxid (SO₂)Verbrennen von schwefelhaltiger Kohle und schwefelhaltigem ÖlSaurer Regen; Atembeschwerden; zerstört Marmor
Stickstoffoxide (NO, NO₂)Heiße Automotoren; KraftwerkeSaurer Regen; Smog
Zusätzliches CO₂, MethanVerbrennen fossiler Brennstoffe; LandwirtschaftHalten Wärme fest: globale Erwärmung

Die Luft schützen

Probier es zu Hause aus

Drücke einen kleinen Ball aus feuchter Stahlwolle (wie man sie zum Schrubben von Töpfen nimmt) auf den Boden eines hohen Glases. Stelle das Glas umgedreht in einen Teller mit Wasser. Markiere den Wasserstand mit Klebeband. Schau nach 3 Tagen nach. Das Wasser steigt etwa ein Fünftel in den Luftraum hoch. Du hast gerade den Sauerstoff in der Luft gemessen! (Bitte einen Erwachsenen um Hilfe; du brauchst keine Flamme.)

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Ein Klassenzimmer fasst 200 m³ Luft. Wie viel davon ist ungefähr Sauerstoff?

Sauerstoff ≈ 21% von 200 m³ = 0.21 × 200 = 42 m³.

2. Im Kupferversuch schrumpfen 100 cm³ Luft auf 79 cm³. Berechne den Prozentanteil des Sauerstoffs.

Verbrauchter Sauerstoff = 100 − 79 = 21 cm³. Anteil = 21 ÷ 100 × 100 = 21%.

3. Ein Rohr enthält 50 cm³ Luft. Nachdem die Eisenwolle gerostet ist, bleiben 40 cm³ Gas übrig. Wie viel Prozent der Luft waren Sauerstoff? Ist das nah am echten Wert?

Verbraucht = 50 − 40 = 10 cm³. Anteil = 10 ÷ 50 × 100 = 20%. Ja, nah an 21% (kleine Fehler entstehen beim Ablesen der Skala oder weil das Eisen nicht den ganzen Sauerstoff verbraucht hat).

4. Warum nimmt man in Glühbirnen Argon und nicht Sauerstoff?

Sauerstoff würde den heißen Glühfaden verbrennen und zerstören. Argon ist ein Edelgas: Es reagiert nicht, deshalb hält der Glühfaden länger.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Welches Gas macht den größten Teil der Luft aus?
2. Welcher Bruchteil der Luft ist ungefähr Sauerstoff?
3. Welches Edelgas kommt in der Luft vor?
4. Warum steigt das Wasser in einem Rohr, in dem Eisenwolle rostet?
5. Welcher Schadstoff verursacht hauptsächlich sauren Regen?

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Woraus besteht die Luft?

Trockene Luft besteht aus etwa 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0.93% Argon und 0.04% Kohlenstoffdioxid, dazu Spuren von Neon, Helium, Krypton und Xenon sowie einer schwankenden Menge Wasserdampf.

Wie zeigt man, dass Luft etwa 21% Sauerstoff enthält?

Man verbraucht den Sauerstoff in einer eingeschlossenen Luftmenge, durch rostendes Eisen, brennenden Phosphor oder erhitztes Kupfer. Das Volumen sinkt um etwa ein Fünftel.

Warum nennt man Luft ein Gemisch?

Ihre Gase sind nicht chemisch verbunden, die Mengen können schwanken, jedes Gas behält seine eigenen Eigenschaften, und man kann sie mit physikalischen Methoden wie der fraktionierten Destillation trennen.

Wo das unterrichtet wird

PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIOxygen, hydrogen and their compounds; air
China九年级(初三)U2 Air and oxygen

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