Simulation: Eudiometer – Knallgasreaktion

Die Knallgasreaktion

Wasserstoff und Sauerstoff reagieren stark exotherm zu Wasser: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Ein gezündetes Gemisch verbrennt schlagartig – daher der Name „Knallgas“.

Aus der Reaktionsgleichung folgt das Volumenverhältnis 2 : 1: Zwei Volumenteile Wasserstoff reagieren mit einem Volumenteil Sauerstoff (Satz von Avogadro – gleiche Volumina enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gleich viele Teilchen). Wer nicht genau in diesem Verhältnis mischt, behält ein Restgas: das im Überschuss vorhandene Gas bleibt übrig.

Die Reaktion startet nicht von selbst, denn zunächst ist eine Aktivierungsenergie nötig, um die ersten Bindungen aufzubrechen. Der Funke liefert sie; danach hält die freiwerdende Wärme die Reaktion in Gang.

Im Eudiometer (Gasmessrohr) liest man die Volumina vor und nach der Zündung ab. Da das entstehende Wasser flüssig ist, nimmt das messbare Gasvolumen stark ab – bei genau stöchiometrischem Gemisch bleibt nahezu kein Gas zurück. Auf Teilchenebene bleibt die Zahl der Atome erhalten (Massenerhaltung), nur die Zahl der Moleküle sinkt.

Historische Bedeutung

Mit Eudiometer-Messungen entdeckte Gay-Lussac Anfang des 19. Jahrhunderts, dass Gase in einfachen, ganzzahligen Volumenverhältnissen reagieren. Zusammen mit dem Satz von Avogadro ließ sich daraus die Formel des Wassers ableiten: Weil genau zwei Volumenteile Wasserstoff mit einem Volumenteil Sauerstoff reagieren, muss ein Wasser-Molekül doppelt so viele H-Atome wie O-Atome enthalten – H₂O. Das unscheinbare Gasmessrohr wurde so zu einem Schlüsselinstrument für die Bestimmung von Molekülformeln.

Knallgasprobe

Im Labor dient die Reaktion als Nachweis: Bei der Knallgasprobe wird eine Gasprobe an einer Flamme gezündet. Ein pfeifendes oder bellendes Geräusch zeigt an, dass Wasserstoff im Gemisch mit Luft vorliegt; brennt die Probe dagegen ruhig ab, ist das Gas nahezu reiner Wasserstoff.