Glimmspanprobe Sauerstoff

Wie Du in der Einleitung bereits gelernt hast, basiert die Glimmspanprobe auf der Verbrennung. Bei diesem Reaktionstyp wird ein brennbarer Stoff, etwa Holz, mit Zufuhr von Sauerstoff unter genügend Energiezufuhr entzündet. Das Ganze ist eine exotherme Reaktion, bei der Reaktion entsteht also mehr Energie, als verbraucht wird. So kann ein ganzer Stock über längere Zeit in einem aktiven Feuer abbrennen.

Die überschüssige Energie wird nach außen abgegeben. Bei Verbrennungen geschieht das in Form von Licht und Wärme, auch Flammen genannt, die Du sicher schon mal im echten Leben gesehen hast. Die Hauptreaktion, die bei der Verbrennung abläuft, ist die von Zellulose mit Luftsauerstoff. Die Reaktionsgleichung dazu lautet:

$$C_6H_{12}O_6 + 6 \space O_2 \rightarrow 6 \space CO_2 + 6 \space H_2O$$

Aus dem Grund kann man auch ein Feuer als Heizquelle nutzen, wie es zum Beispiel in Kaminen geschieht. Diese sind so aufgebaut, dass in den Innenraum ständig frischer Sauerstoff befördert wird, um die Verbrennung trotz geschlossener Tür aufrechtzuerhalten.

Der Sauerstoff, der meist einfach aus der Luft stammt, ist bei Verbrennungen die limitierende Komponente. Wird dem Kaminfeuer nun die Sauerstoffzufuhr gekappt, so kannst Du beobachten, dass die Flammen langsam erlöschen und die Überreste ab dem Moment deutlich langsamer abbrennen und auch nur noch glühen.

Glimmspanprobe Skizze

Zur Durchführung der Glimmspanprobe benötigst Du

• ein Feuerzeug, Bunsenbrenner oder Ähnliches,
• ein Holzspan,
• ein Reagenzglas,
• Sauerstoff aus der Gasflasche.

Zur Vorbereitung wird Sauerstoff aus der Gasflasche in ein Reagenzglas gefüllt. Da Sauerstoff (1,43 \(\frac{kg}{m^3}\)) eine größere Dichte als Luft (1,2 \(\frac{kg}{m^3}\)) hat, verbleibt das Gas auch im Reagenzglas und entweicht nicht so leicht wie andere Gase. Dann wird ein langer Holzstab mit einem Feuerzeug angezündet. Der Stab entflammt und wird nach einigen Sekunden wieder ausgepustet, sodass er weiter glimmt. Der noch glühende Span wird jetzt in das Reagenzglas geführt.

Abbildung 1: Durchführung der Glimmspanprobe.

Alternativ kannst Du die Glimmspanprobe aber auch bei Reaktionen anwenden, bei denen Du weißt, dass sich Sauerstoff bildet. So kann dann zum Beispiel der Fortschritt der Reaktion überprüft werden. Bildet sich viel Sauerstoff bei einer Reaktion, kann die Glimmspanprobe direkt über dem entsprechenden Reagenzglas durchgeführt werden. Ist die Konzentration allerdings niedrig, ist es sinnvoll, das entstehende Gas durch ein Rohr in ein weiteres Reagenzglas zu leiten und dort zu sammeln.

Glimmspanprobe Auswertung

Je nachdem, welche Beobachtung Du bei der Glimmspanprobe machst, gibt es zwei mögliche Aussagen:

• Der Span brennt mit einer hellen Flamme auf. Das bedeutet, es liegt eine ausreichende Konzentration eines brandfördernden Gases vor. Das ist dann vermutlich Sauerstoff. Die Glimmspanprobe ist in diesem Fall positiv.

• Der Span glüht weiter oder erlischt nach Einführen. Dann ist die Sauerstoffkonzentration wohl zu niedrig, oder es liegen hohe Mengen an Inertgasen wie Argon oder Stickstoff vor. Diese reagieren nicht mit anderen Stoffen und hindern somit die weiterhin laufende, aber verlangsamte Verbrennung des glühenden Holzspans. Die Glimmspanprobe ist in diesem Fall negativ.

Glimmspanprobe Erklärung

Die Glimmspanprobe lässt sich mit reaktionskinetischen Überlegungen erklären. Nachdem der Holzspan ausgepustet wurde, glüht er weiter. Die Verbrennung wurde nicht ganz unterbrochen, sondern läuft weiterhin ab, allerdings verlangsamt. Kommt der glimmende Span jetzt in Kontakt mit ausreichend Sauerstoff – also bei einer positiven Glimmspanprobe – flammt er wieder auf. Das liegt daran, dass der Sauerstoff die exotherme Reaktion beschleunigt und so schnell eine hohe Menge Reaktionswärme frei wird, sodass der Span wieder entflammt.

Glimmspanprobe Eindeutigkeit

Neben molekularem Sauerstoff existiert allerdings noch das sogenannte Lachgas (Distickstoffmonoxid, N₂O), welches ebenfalls ein brandfördernder Stoff ist. Aus diesem Grund kannst Du nach einer Glimmspanprobe nicht mit absoluter Gewissheit sagen, ob es sich bei dem Gas jetzt tatsächlich um molekularen Sauerstoff handelt. Es kann sich auch Lachgas gebildet haben.

Anhand der Ausgangsstoffe bei einer Reaktion kannst Du aber dennoch abschätzen, ob sich Lachgas bei der Reaktion überhaupt bilden konnte oder ob dies von vorneherein schon auszuschließen ist.

Andere Nachweisreaktionen

Wenn bei einer Reaktion Wasserstoff entsteht, kann dieser ebenfalls nachgewiesen werden. Hierzu muss das entstehende Gas in einem Reagenzglas kopfüber aufgefangen werden. Danach wird ein brennender Holzspan in das Gefäß eingeführt. Es ertönt ein Pfeifen aus dem Reagenzglas, das typisch für das Verbrennen eines explosiven Gemischs aus Wasserstoff und Sauerstoff ist. Die sogenannte Knallgasprobe war dann positiv. Bei reinem Wasserstoff verbrennt das Gas langsamer, was mit einem leiseren Geräusch verknüpft ist.

Ein anderer Nachweis ist die Kalkwasserprobe. Zunächst wird Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) in Wasser gelöst. Das Gemisch ist zu dem Zeitpunkt klar. Dann wird Kohlendioxid (CO₂) in das Gefäß befördert. Das kann mit einem Strohhalm passieren, durch den Du ausatmest. Mit der Zeit erscheint eine Trübung, die immer stärker wird, je länger Du pustest. Bei der Reaktion von Calciumhydroxid mit Kohlendioxid entsteht nämlich Kalk, der das Gemisch trübt.

$$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O$$