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Die Zusammensetzung der Luft

Zwei Aufgaben, in denen Luft weniger ist, als sie scheint.

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Messreihe im Labor

AFB I–II

Eine Klasse schiebt 50,0 mL Luft mehrmals über erhitzte Eisenwolle. Nach jedem Durchgang lassen sie die Apparatur abkühlen und lesen das Gasvolumen ab:

Durchgang012345
Gasvolumen in mL50,044,041,040,039,539,5
  1. Zeichne ein Diagramm: Durchgang auf der Rechtsachse, Gasvolumen auf der Hochachse.
  2. Werte die Messreihe aus: Welcher Anteil der Luft wurde verbraucht?
  3. Begründe, warum sich das Volumen ab dem vierten Durchgang nicht mehr ändert.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Die Hochachse muss nicht bei 0 beginnen — zum Beispiel 35 bis 50 mL, 1 Kästchen = 1 mL.
Hinweis zu Aufgabe b)
Differenz zum Startvolumen bilden und durch 50,0 mL teilen.
Hinweis zu Aufgabe c)
Welcher Bestandteil reagiert mit dem Metall — und ist davon noch etwas übrig?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Die Punkte (0 | 50,0), (1 | 44,0), (2 | 41,0), (3 | 40,0), (4 | 39,5), (5 | 39,5) werden eingetragen und verbunden. Die Kurve fällt zuerst stark, dann immer schwächer und verläuft ab Durchgang 4 waagerecht bei 39,5 mL.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Verbraucht wurden 50,0 mL − 39,5 mL = 10,5 mL. Das sind 10,5 mL : 50,0 mL = 0,21 = 21 %. Das entspricht dem Sauerstoffanteil der Luft.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Eisenwolle reagiert nur mit dem Sauerstoff. Nach vier Durchgängen ist der gesamte Sauerstoff verbraucht. Das Restgas, vor allem Stickstoff, reagiert nicht mit dem Metall — deshalb bleibt das Volumen bei 39,5 mL.

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Das Apfellager

AFB II–III

Damit Äpfel bis zum nächsten Sommer frisch bleiben, lagert ein Obstbauer sie in einer gasdichten Halle mit 1000 m³ Luft. Er leitet so lange Stickstoff ein, bis die Hallenluft nur noch 2 % Sauerstoff enthält. Die Äpfel atmen dann kaum noch und reifen langsamer. An der Tür hängt ein Warnschild: „Lebensgefahr — Zutritt nur mit Atemschutz!“

  1. Vergleiche die Sauerstoffmenge in der Halle vor und nach dem Einleiten des Stickstoffs.
  2. Deute die Beobachtung, dass ein brennendes Streichholz in der Hallenluft sofort erlischt.
  3. Diskutiere Vor- und Nachteile dieser Lagerung.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Wie viel m³ Sauerstoff sind 21 % bzw. 2 % von 1000 m³?
Hinweis zu Aufgabe b)
Was braucht eine Flamme — und was enthält die Hallenluft vor allem?
Hinweis zu Aufgabe c)
Denke an die Äpfel, an Energie und Kosten, aber auch an die Menschen, die in der Halle arbeiten.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Vorher enthält die Halle 21 % von 1000 m³ = 210 m³ Sauerstoff, danach nur noch 2 % von 1000 m³ = 20 m³. Der Sauerstoff wurde also auf weniger als ein Zehntel verringert, der Stickstoffanteil ist auf etwa 97 % gestiegen.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Eine Flamme braucht Sauerstoff. Die Hallenluft besteht fast nur aus Stickstoff, der Flammen erstickt. Mit 2 % ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, deshalb erlischt das Streichholz.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Vorteile: Die Äpfel bleiben monatelang frisch, ohne Spritzmittel, und können auch im Frühjahr aus der Region verkauft werden. Nachteile: Stickstoff riecht nicht und ist unsichtbar — wer die Halle ohne Atemschutz betritt, kann ersticken. Außerdem kosten Stickstoff, Kühlung und gasdichte Hallen Geld und Energie. Insgesamt ist die Lagerung sinnvoll, wenn die Sicherheitsregeln streng eingehalten werden.