Nichtmetalle

I. Nichtmetalloxide

Die Nichtmetalle stehen mit Ausnahme des Wasserstoffs auf der rechten Seite des Periodensystems der Elemente. Ihre Anzahl ist im Gegensatz zur Anzahl der Metalle bedeutend geringer.


Dennoch sind die Nichtmetalle in Gewichtsprozent ausgedrückt maßgeblich am Aufbau der Erdrinde, der Umwelt, den Stoffen des alltäglichen Lebens und der Atmosphäre beteiligt. Sie können zahlreiche Verbindungen eingehen und kommen so z. B. in den Salzen oder organischen Stoffen vor.

Die bei Raumtemperatur gasförmig vorliegenden Nichtmetalle (Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Fluor und Chlor) kommen in ihrer elementaren Form als Moleküle von je zwei Atomen vor. Eine Ausnahme bilden die Edelgase. Sie kommen atomar vor. Sie gehen aufgrund ihrer Stabilität auch nur unter besonderen (Labor-) Bedingungen Verbindungen ein.

Sauerstoff, Stickstoff und Edelgase sind zu unterschiedlich großen Teilen in der Luft enthalten. Stickstoff bildet mit 78% den größten Anteil daran. Dagegen sind die Edelgase mit 1% vertreten. Das Edelgas Argon ist an diesem geringen Anteil mit 99,8 % beteiligt. Helium, welches z. B. als Ballongas Verwendung findet, kommt aber auch im Erdgas vor. In nordamerikanischen Erdgasquellen liegt der Heliumanteil sogar bei 8%. Deshalb wird es aus diesem gewonnen. Aufgrund der chemischen Stabilität der Edelgase wird Argon zum Teil in elektrischen Glühlampen als Schutzgas verwendet. Es soll die Oxidation des Glühdrahtes verhindern. Die elektrische Entladung durch ein Edelgas (in Verbindung mit Quecksilberatomen) regt dieses zum Leuchten an, weshalb Edelgase in Leuchtstoffröhren (Neonröhren) verarbeitet werden.

Die wichtigsten, bei Raumtemperatur als Feststoffe vorliegenden Nichtmetalle (Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor und Iod) kannst du neben ihren zahlreichen Verbindungen auch in ihrer elementaren Form in der häuslichen Umgebung finden. Kohlenstoff kommt in drei sehr unterschiedlichen Modifikationen als Kohle, Graphit und Diamant vor. Schwefel ist z. B. in Zündholzköpfen und roter Phosphor in den Reibeflächen von Streichholzschachteln enthalten. Iod kennst Du vielleicht als Iodtinktur, einer alkoholischen Lösung von Iod. Daneben kommen die Halogene als Elemente oder in bestimmten Verbindungen auch in Glühlampen (Halogenlampen) vor. Sie verhindern durch verschiedene Austauschprozesse das allmähliche Verdampfen des Glühdrahtes.

I. Nichtmetalloxide
Im Rahmen der "Chemie im und ums Haus" werden an dieser Stelle nur die Oxide (Sauerstoffverbindungen) der Nichtmetalle (Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Stickstoff) betrachtet, da sie in der häuslichen Umgebung vorkommen und bei verschiedenen alltäglichen Vorgängen als Reaktionsprodukte entstehen. Sie haben die besondere Eigenschaft, dass sie in Wasser saure Lösungen bilden.

Kohlenstoffdioxid (CO2)
Dieses Gas entsteht beim Verbrennen von Kohle oder anderen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffen. Auch die von uns ausgeatmete Luft enthält Kohlenstoffdioxid.
Verlaufen Verbrennungsvorgänge unvollständig ab (z. B. beim Grillen), bildet sich Kohlenstoffmonooxid (CO), welches auch im Hochofenprozess zur Eisengewinnung wichtig ist. Kohlenstoffmonooxid ist ein starkes Atemgift, weshalb man z. B. einen Grill niemals in einem geschlossenen Raum aufstellen darf.

Versuche:
Nachweis von Kohlenstoff in Grillkohle
Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid
Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Abhängigkeit von der Temperatur
Gewinnen von Roheisen im Hochofen (Modellversuch)
Untersuchen von Brennstoffen auf die Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff
Untersuchung von Kohlenhydraten auf die Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff
Untersuchung von Kunststoffen auf die Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff
Untersuchung von Fett auf die Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff
Identifizieren von Camping-Gas durch quantitative Verbrennung

Schwefeldioxid (SO2)
Schwefeldioxid entsteht z. B. beim Verbrennen eines Streichholzes. Es ist ein stechend riechendes, giftiges Gas. Da es eine antimikrobielle und antioxidative Wirkung besitzt, wird es zur Haltbarmachung von Trockenfrüchten benutzt. Diese Wirkung nutzt man auch zur Desinfizierung von Behältern, in denen Wein hergestellt werden soll, aus. Hierzu werden Schwefelschnüre entzündet, die dann selbständig weiterbrennen. Die brennende Schnur hängt man in eine leere Ballonflasche, bis sich diese vollständig mit Schwefeldioxidgas gefüllt hat.

Versuche:
Herstellen von Schwefeldioxid mit verschiedenen Mitteln
Untersuchen von Trockenobst auf Schwefeldioxid
Konservieren von Früchten mit Schwefeldioxid
Herstellen von schwefliger Säure
Modellversuch zum sauren Regen
Herstellen von Streichhölzern
Abgasreinigung: Informationen und Versuche

Phosphor(V)-oxid (P4O10)
Dieses Oxid entsteht durch Verbrennen von rotem Phosphor und ist ein weißer Feststoff. Roter Phosphor ist in den Reibeflächen von Streichholzschachteln enthalten. Da im Streichholzkopf und in der Reibefläche Glaspulver enthalten ist, entzündet sich ein Teil des roten Phosphors aufgrund der hohen Reibungswärme. Der Phosphor wird bei dieser Reaktion vom Luftsauerstoff oxidiert. Die dabei freiwerdende Hitze wird auf den Zündholzkopf übertragen. Dieser enthält neben Schwefel auch starke Oxidationsmittel, so dass der Zündholzkopf entflammt.

Versuch:
Phosphorsäure aus der Streichholzschachtel

Stickstoffdioxid (NO2)
Stickstoffdioxid ist ein rotbraunes, giftiges Gas. Es entsteht überall, wo Verbrennungen in Gegenwart von Luft (Hauptbestandteil: Stickstoff) bei sehr hohen Temperaturen stattfinden: z. B. bei Gewitter, in Feuerungsanlagen von Kraftwerken und im Automotor. Außer dem Stickstoffdioxid gibt es noch andere Stickstoffoxide. Sie werden umgangssprachlich Stickoxide genannt.

Versuche:
Modellversuch zum sauren Regen
Abgasreinigung: Informationen und Versuche

Siliciumdioxid (SiO2)
Aus Siliciumdioxid besteht z. B. Sand. Dieses Nichtmetalloxid kann, wie die bisher genannten Nichtmetalloxide, ebenfalls mit Wasser zu einer sauren Lösung, zur so genannten Kieselsäure, reagieren. Im Gegensatz zu den anderen Nichtmetalloxiden müssen hierzu eine hohe Temperatur und ein hoher Druck vorherrschen. Die Reaktion ist z. B. bei der Herstellung von Kalksandsteinen (Rohbausteine) von Bedeutung.

Versuch:
Herstellen von Kalksandsteinen


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Letzte Überarbeitung: 29. Januar 2012, Dagmar Wiechoczek