Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung/Die Pyrolyse von Holz und Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung/Warum sind Stoffe brennbar?: Unterschied zwischen den Seiten

Aus ZUM-Unterrichten
K (BirgitLachner verschob die Seite Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung/Die Pyrolyse von Holz nach [[Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung/Die Pyrolyse von…)
 
K (BirgitLachner verschob die Seite Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung/Warum sind Stoffe brennbar? nach [[Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Feuer und Brandbekämpfung/Warum sind…)
 
Zeile 1: Zeile 1:
Holz ist ein bei uns nachwachsender Rohstoff mit vielen positiven Eigenschaften und daher ist es auch vielseitig sind verwendbar. Zum einen wird es als Baumaterial für Möbel, für Verpackungsmaterial und Papier und auch als Konstruktionsholz im Bauwesen. Gleichzeitig ist Holz aber auch ein wichtiger Energieträger. Normalerweise denkt man in diesem Zusammenhang nur an die Verbrennung von Holz. Mit Hilfe der '''Pyrolyse''' kann man jedoch ebenfalls die Energie, die im Holz enthalten ist, auf eine andere Art und Weise nutzen.
{{SORTIERUNG:{{SUBPAGENAME}}}}
'''Beispiele:'''
* Im '''Stickstoff''' kommt als kleinsten Teilchen das Molekül N<sub>2</sub> vor. Die zwei Stickstoff-Atome sind sehr fest miteinander verbunden ''(die drei Striche zwischen den zwei N)''. Es kostet viel Energie, diese drei Bindungen zu lösen und daher ist Stickstoff auch sehr reaktionsträge. Natürlich kann man Stickstoff so stark erhitzen, dass sich die Bindungen lösen, aber bei der Reaktion mit Sauerstoff wird nicht genügend Energie frei, um weitere Stickstoff-Moleküle zu spalten.
* '''Edelgase''' enthalten zwar einzelne Atome als kleinste Teilchen, aber die Zusammensetzung an Protonen und Elektronen ist so stabil, dass man sehr viel Energie bräuchte, um sie zu aktivieren. Tatsächlich sind Verbindungen von Edelmetallen und Sauerstoff im Allgemein nicht stabil, dass heißt sie zerfallen alleine wieder in die Elemente.
* Bei edleren Metallen, wie '''Gold''' ist die, bei der Oxidation freiwerdende Energie zu gering, um die notwendige Aktivierungsenergie für eine Fortsetzung der Reaktion aufzubringen. Wird die Aktivierungsenergie dauerhaft von außen zugeführt, könnte zwar Goldoxid entstehen, aber die zugeführte Energie sorgt gleich wieder für die Zerlegung des Produktes.


Ein großer Vorteil für unsere Wirtschaft ist, das Holz in Mitteleuropa umweltfreundlich produziert wird und im Vergleich zu anderen Roh- und Werkstoffen eine sehr gute Ökobilanz aufweist. Daher muss Holz auch nicht umständlich herantransportiert werden.
An den Beispielen sieht man, dass das Thema Energie-Abgabe beim Brennen von grundlegender Bedeutung ist. Daher können auch nur solche Stoffe brennen, wenn bei der Verbrennung Stoffe entstehen, die wesentlich weniger Energie enthalten, als der Ausgangsstoff. Typischerweise enthalten viele (natürliche) brennbare Stoffe Kohlenstoff und Wasserstoff:


== Was ist Holz? ==
{{Box|Reaktionsprodukte bei Verbrennungen|Bei Verbrennungen entstehen aus Verbindungen meist die Oxide der enthaltenen Atome, die am '''energieärmsten''' sind.
* Kohlenstoff in Verbindungen reagiert zu Kohlendioxid CO<sub>2</sub>
* Wasserstoff in Verbindungen reagiert zu Wasser H<sub>2</sub>O
* Stickstoff in Verbindungen reagiert (ohne Katalysator) meist zu Stickstoff N<sub>2</sub>|Hervorhebung1
}}


Das Bestreben, hin zum den energieärmsten Stoffen zu reagieren, funktioniert auch "umgekehrt". Enthalten Stoffe zu "viel" Sauerstoff geben sie beim Erhitzen meist Sauerstoff ab. Beispiele:
* Wasserstoffperoxid H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> zerfällt zu Wasser H<sub>2</sub>O und Sauerstoff
* Bariumnitrat zerfällt in Bariumoxid, Stickstoff und Sauerstoff


== Eyperimente zur Pyrolyse ==
Solche Stoffe nennt man dann Brandfördernd, weil der freiwerdende Sauerstoff ein anderes Feuer verstärken kann.
 
[[Kategorie:Exotherm]]
{{Box|BEGRIFF Pyrolse|2=Die '''Pyrolyse''' bzw. '''pyrolytische Zersetzung''' (von altgriechisch πῦρ ''pyr'' ‚Feuer‘ und λύσις ''lýsis'' ‚(Auf)Lösung‘) ist eine Aufspaltung organischer Verbindungen durch hohe Temperaturen (200–900 °C) aber unter Sauerstoff-Ausschluss.
[[Kategorie:Brennbarkeit]]
 
Ältere Bezeichnungen für die Pyrolyse sind ''Brenzen'', ''trockene Destillation'', ''zersetzende Destillation'' oder ''Entgasung''. Der Wortstamm "Brenz-" in den Namen chemischer Verbindungen wie Brenzcatechin und Brenztraubensäure geht hierauf zurück.
|3=Merksatz}}
 
{{Box|EXPERIMENT 1 - Holzgas aus dem Fingerhut/Alubecher|2=
https://www.zeitbild.de/wp-content/uploads/2010/12/ZB_Wissen_ABs_Biomasse_Holzgas.pdf
|3=Experiment}}
 
{{Box|EXPERIMENT 2 - Pyrolyse im Reagenzglas|2=
https://www.gymnasium-ettenheim.de/faecher/nwt/06_holzvergasung.doc
|3=Experiment}}
 
=== Auswertung zu Experiment 2 ===
 
 
Aus Buchenholz entsteht durch Pyrolse bei etwa 350°C, etwa 19% brennbares '''Holzgas''', etwa 25% '''Holzgeist''' und es bleibt als Rest Holzkohle.
 
== Verlgeich von Holz mit anderen Brennstoffen ==
{| class="wikitable"
|'''Brennstoff'''
|'''C(%)'''
|'''H(%)'''
|'''O(%)'''
|'''N+S(%)'''
|'''Heizwert kJ/kg'''
|-
|Holz (lufttrocken)
|50,0
|6,0
|44,4
|–
|15 100
|-
|Torf (lufttrocken)
|59,0
|6,0
|33,0
|2,0
|14 700
|-
|Braunkohle
|74,0
|5,5
|18,5
|2,0
|16 800
|-
|Steinkohle
|88,5
|4,2
|5,1
|2,2
|30 400
|-
|Erdöl
|84,0
|13,0
|3,0
|–
|42 000
|-
|Spiritus
|52,0
|13,0
|35,0
|–
|27 000
|-
|Dieselöl
|87,0
|13,0
|–
|–
|41 800
|-
|Benzin
|85,0
|15,0
|–
|–
|42 600
|-
|Heizöl
|86,0
|14,0
|–
|–
|43 000
|}
 
== Aufgaben zum Verständnis ==
 
{{Box|AUFGABE XX - Verkokung von Steinkohle|2=
<div class="grid"> <div class="width-1-2">'''Koks''' ist ein poröser, stark kohlenstoffhaltiger Brennstoff, der in Kokereien bevorzugt aus Steinkohle durch Wärmeeinwirkung unter Sauerstoffabschluss ('''Pyrolyse''') erzeugt wird. Der Vorgang der Verkokung von Kohle zu Koks findet in speziellen Industrieanlagen statt, die als Kokereien bezeichnet werden. Dabei werden die flüchtigen Bestandteile der Kohle entfernt, indem diese in einem Ofen unter Luftausschluss bei mehr als 1000 °C erhitzt wird, so dass der feste Kohlenstoff und die verbleibende Asche verschmelzen.
 
Koks aus Kohle wird insbesondere als Brennstoff bei der Eisenproduktion in Hochöfen eingesetzt, da es weniger Verunreinigungen enthält.
</div>
<div class="width-1-2">
[[File:KokereiProsper2011 21.jpg]] Nach Erhitzen in Kokerei-Ofen muss die Kohle erst einmal gelöscht werden.
</div> </div>
 
 
'''Fragen:'''
# Warum muss das Erhitzen der Kohle unter Luftabschluss geschehen?
# Obwohl die Kohle im Ofen unter Luftabschluss erhitzt wurde, und damit nicht brennen kann, muss sie (wie im Bild zu sehen) gelöscht werden. Warum ist das so?
{{Lösung versteckt|{{Box|LÖSUNG Aufgabe 2.3b|2= ... Kommt noch ...
|3=Lösung}}}}
|3=Üben}}
 
[[Kategorie:ChemieUnfertig]]
[[Kategorie:ChemieUnfertig]]
[[Kategorie:Pyrolyse]]
[[Kategorie:Oxidation]]

Version vom 19. November 2018, 15:49 Uhr

Beispiele:

  • Im Stickstoff kommt als kleinsten Teilchen das Molekül N2 vor. Die zwei Stickstoff-Atome sind sehr fest miteinander verbunden (die drei Striche zwischen den zwei N). Es kostet viel Energie, diese drei Bindungen zu lösen und daher ist Stickstoff auch sehr reaktionsträge. Natürlich kann man Stickstoff so stark erhitzen, dass sich die Bindungen lösen, aber bei der Reaktion mit Sauerstoff wird nicht genügend Energie frei, um weitere Stickstoff-Moleküle zu spalten.
  • Edelgase enthalten zwar einzelne Atome als kleinste Teilchen, aber die Zusammensetzung an Protonen und Elektronen ist so stabil, dass man sehr viel Energie bräuchte, um sie zu aktivieren. Tatsächlich sind Verbindungen von Edelmetallen und Sauerstoff im Allgemein nicht stabil, dass heißt sie zerfallen alleine wieder in die Elemente.
  • Bei edleren Metallen, wie Gold ist die, bei der Oxidation freiwerdende Energie zu gering, um die notwendige Aktivierungsenergie für eine Fortsetzung der Reaktion aufzubringen. Wird die Aktivierungsenergie dauerhaft von außen zugeführt, könnte zwar Goldoxid entstehen, aber die zugeführte Energie sorgt gleich wieder für die Zerlegung des Produktes.

An den Beispielen sieht man, dass das Thema Energie-Abgabe beim Brennen von grundlegender Bedeutung ist. Daher können auch nur solche Stoffe brennen, wenn bei der Verbrennung Stoffe entstehen, die wesentlich weniger Energie enthalten, als der Ausgangsstoff. Typischerweise enthalten viele (natürliche) brennbare Stoffe Kohlenstoff und Wasserstoff:


Reaktionsprodukte bei Verbrennungen

Bei Verbrennungen entstehen aus Verbindungen meist die Oxide der enthaltenen Atome, die am energieärmsten sind.

  • Kohlenstoff in Verbindungen reagiert zu Kohlendioxid CO2
  • Wasserstoff in Verbindungen reagiert zu Wasser H2O
  • Stickstoff in Verbindungen reagiert (ohne Katalysator) meist zu Stickstoff N2

Das Bestreben, hin zum den energieärmsten Stoffen zu reagieren, funktioniert auch "umgekehrt". Enthalten Stoffe zu "viel" Sauerstoff geben sie beim Erhitzen meist Sauerstoff ab. Beispiele:

  • Wasserstoffperoxid H2O2 zerfällt zu Wasser H2O und Sauerstoff
  • Bariumnitrat zerfällt in Bariumoxid, Stickstoff und Sauerstoff

Solche Stoffe nennt man dann Brandfördernd, weil der freiwerdende Sauerstoff ein anderes Feuer verstärken kann.