Die Hauptbestandteile der Luft

Bestandteile der Luft – Chemie

Luft ist die Grundlage für unser Überleben. Wir atmen täglich etwa 12 000 Liter davon ein. Doch aus was besteht Luft eigentlich genau? Das wollen wir uns in den folgenden Abschnitten einmal genauer ansehen.

Zusammensetzung der Luft – einfach erklärt

Die Luft ist ein Gemisch aus Gasen, das die Erde und damit auch uns umgibt. Der größte Teil der Luft, die wir atmen, besteht aus Stickstoff ($\ce{N}$) (elementar tritt Stickstoff nur in Form zweiatomiger Moleküle, auch Distickstoff ($\ce{N2}$) genannt, auf) und macht etwa 78,08 Volumenprozent aus. An zweiter Stelle steht Sauerstoff ($\ce{O2}$) mit einem Anteil von etwa 20,95 Volumenprozent, gefolgt vom Edelgas Argon (Ar) mit etwa 0,9 Volumenprozent. Hingegen beträgt der Volumenanteil von Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) nur etwa 0,03 Volumenprozent. Die übrigen Bestandteile sind andere Edelgase wie Helium ($\ce{He}$), Neon ($\ce{Ne}$), Xenon ($\ce{Xe}$) und andere Gase, wie Kohlenstoffmonoxid ($\ce{CO}$) und Ozon ($\ce{O3}$). Wegen ihres geringen Anteils werden sie auch als Spurengase bezeichnet.

Wie wir nun wissen, setzt sich die Luft unserer Atmosphäre aus unterschiedlichen Gasen zusammen. Bevor wir uns die drei Hauptbestandteile – Stickstoff, Sauerstoff und Argon – genauer ansehen, kannst du dir zur besseren Übersicht noch einmal die Abbildung über die chemische Zusammensetzung der Luft anschauen.

Die Hauptbestandteile der Luft haben unterschiedliche chemische Eigenschaften und spielen in biologischen Systemen, aber auch für die Industrie, eine wichtige Rolle. Welche das sind, und wo diese eingesetzt werden, schauen wir uns nun näher an.

Luft – Hauptbestandteile

Alle drei Hauptbestandteile der Luft haben gemeinsam, dass sie farb-, geruch- und geschmacklose Gase sind. In Bezug auf die Reaktivität ist Argon sehr träge, da es ein Edelgas ist. Im Vergleich dazu hat Stickstoff eine höhere chemische Aktivität und Sauerstoff ist sehr reaktiv. Argon ist also chemisch betrachtet „sehr faul“, weshalb es so gut wie keine Verbindungen mit Argon gibt. Auch Stickstoff ist chemisch relativ träge. Es kann jedoch zum Beispiel durch einen Blitzschlag zur Reaktion gebracht werden. Auf diese Reaktion werden wir im nächsten Abschnitt näher eingehen. Im Gegensatz dazu ist Sauerstoff sehr reaktionsfreudig und bildet mit vielen chemischen Elementen Oxide, zum Beispiel Schwefeldioxid ($\ce{SO2}$) und Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$). Unter normalen Bedingungen brennen Stickstoff und Sauerstoff nicht, jedoch kann Sauerstoff eine Verbrennung fördern.

Luft – der häufigste Bestandteil Stickstoff

Stickstoff ist der häufigste Bestandteil unserer Luft. Er steht in der IV. Hauptgruppe des Periodensystems und gehört damit zu den Nichtmetallen. Wie bereits erwähnt kann er durch Blitze zur Reaktion gebracht werden. Es ist also eine hohe Energie erforderlich, damit Stickstoff oxidiert wird. Elementar tritt Stickstoff in Form von Distickstoffmolekülen auf, ebenso wie Sauerstoff. So reagiert ein Molekül Stickstoff mit einem Molekül Sauerstoff zu zwei Molekülen Stickstoffmonoxid ($\ce{NO}$).

$\ce{N2 + O2 -> 2 NO}$

Davon reagieren zwei Moleküle unter normalen Bedingungen weiter mit Sauerstoff zu zwei Molekülen Stickstoffdioxid ($\ce{NO2}$) und es entsteht ein braunes Gas.

$\ce{2 NO + O2 -> 2 NO2}$

Unter feuchten Bedingungen bildet sich dann Salpetersäure ($\ce{HNO3}$), aus der wertvoller Nitratdünger hergestellt werden kann.

$\ce{2 NO2 + 2 H2O -> 2HNO3 + H2}$

Aus diesem Grund wird er auch als Stickstoffdünger bezeichnet. Diese Reaktion kann auch im Labor ablaufen. Das Verfahren zur Gewinnung von Ammoniak ($\ce{NH3}$) aus elementarem Luftstickstoff ist als Haber-Bosch-Verfahren bekannt und spielt für die Landwirtschaft eine wichtige Rolle. Außerdem wirkt Luftstickstoff als „Sauerstoffverdünner“. Nur so ist es möglich, auf der Erde ein Feuer zu entzünden, wie wir es kennen. Das Gas Stickstoff wird auch in der Lebensmittelindustrie verwendet, um verpackte Nahrungsmittel frisch zu halten, zum Beispiel werden Tüten mit Kartoffelchips damit befüllt. Dadurch wird die Oxidation von Lebensmitteln verhindert und das Wachstum aerober Bakterien gehemmt. Stickstoff wird auch in Dioden, Transistoren, integrierten Schaltkreisen und zur Herstellung von rostfreiem Stahl verwendet. Zudem wird er zur Füllung von Reifen benutzt, um den Verschleiß zu verringern.

Luft – der zweithäufigste Bestandteil Sauerstoff

Sauerstoff steht in der VI. Hauptgruppe des Periodensystems und macht mit knapp 21 Volumenprozent den zweitgrößten Anteil unserer Luft aus. Er ist von enormer Bedeutung für das Leben. Wir Menschen und alle anderen aeroben Organismen sind auf ihn angewiesen und könnten ohne Sauerstoff nicht überleben. Wir brauchen Sauerstoff unter anderem zur Energiegewinnung für bestimmte Stoffwechselvorgänge innerhalb der Atmungskette. Daher enthält die Luft, die wir ausatmen, etwa vier Volumenprozent weniger Sauerstoff und vier Prozent mehr Kohlenstoffdioxid. Darüber hinaus ist Sauerstoff eine Voraussetzung für das Feuer. Sauerstoff wird ebenfalls für das Schweißen, die Stahlerzeugung und zur chemischen Synthese benötigt.

Luft – der dritthäufigste Bestandteil Argon

Der Anteil an Argon beträgt etwa 0,9 Volumenprozent. Argon gehört zu den Edelgasen und steht in der VIII. Hauptgruppe des Periodensystems. Deshalb ist es sehr reaktionsträge – es geht also kaum Reaktionen mit anderen chemischen Elementen ein. Argon wird zum Beispiel in Glühlampen als Füllung eingesetzt und dient als Schutzgas beim Schweißen. Aber auch in Feuerlöschanlagen, bei der chemischen Synthese, bei der Gaschromatografie oder der Weinherstellung kommt Argon zum Einsatz.

Hinweise zum Video Die Hauptbestandteile der Luft

In diesem Video lernst du die Hauptbestandteile der Luft und ihre chemischen Eigenschaften kennen. Du findest auch Übungen zum Thema, um dein Wissen zu testen. Viel Spaß!