Gasphysik

Andere Gase

Kohlendioxid (CO2)

Ein Teil des in Deutschland genutzten Gases stammt aus natürlichen Quellen; ein anderer Teil aus Überproduktionen der chemischen Industrie.

Kohlendioxid hat ein paar besondere Eigenschaften, die es interessant machen. So geht das Gas bei 194 K = - 79°C direkt vom gasförmigen in den festen Zustand über. Presst man diesen Schnee, erhält man Trockeneis.

Um es zu verflüssigen setzt man es oberhalb seines Siedepunkts unter Druck. Bei Umgebungstemperatur reichen dabei 50 bar. Entspannt man es, kühlt es sich ab und ein Teil geht in den festen Zustand über (Kohlensäureschnee).

Acetylen (C2H2)

Was wäre autogenes Schweißen ohne Acetylen?
Die Grundlage für die Herstellung stellt Calciumcarbid dar. Dieses wird in einem elektrothermischen Verfahren aus Kohle (Koks) und Kalk gewonnen. Das Carbid wird in einem Entwickler mit Wasser in Verbindung gebracht. Dabei entweicht Acetylen.

Das Rohacetylen wird erst mit Schwefelsäure gereinigt, dann mit Natronlauge neutralisiert und schließlich getrocknet. Nach Verdichtung kann es in Druckgasflaschen gespeichert werden.

Acetylen neigt jedoch zum chemischen Verfall bei Erhitzung oder plötzlichem Druckanstieg. Wird die Erhitzung nicht gestoppt, kommt es zur Explosion.
Acetylen wird deshalb in speziellen Druckgasflaschen gespeichert, die mit einer porösen Masse ausgekleidet sind, die eine eventuelle Flamme wieder erstickt. Die Masse dient mit dem enthaltenen Lösungsmittel (Aceton oder Dimethylformamid) auch als Speicher für das Acetylen, da sich dieses darin löst.

Im Lösungsmittel gespeichert ist die Entnahmemenge an Acetylen begrenzt. Für große Entnahmemengen werden mehrere Flaschen zu Bündeln zusammengeschlossen.
Anderseits lässt sich mit Hilfe des Lösungsmittel mehr Acetylen in der Flasche speichern als ohne. Und es ist WESENTLICH sicherer!

Butan und Propan (C4H10 und C3H8)

Beide Gase werden entweder beim Trocknen von Erdgasen gewonnen oder bei der Fraktion von Rohöl in der Raffinerie.

Die Gase lassen sich durch wenige bar Druck auch bei Umgebungstemperatur verflüssigen. Aus unserem Alltag ist uns der Einsatz der Gase wohlbekannt: Feuerzeuge, Campingkartuschen etc.
Dabei reichen aufgrund des niedrigen Drucks von wenigen bar einfachste Behältnisse aus. Ein Vorteil, den keine anderen, brennbaren Gase bieten.

Wasserstoff (H2)

Wasserstoff wird industriell aus Erdgas mittel Dampfreformation gewonnen. Dabei wird heißer Wasserdampf und Erdgas mittels eines Katalysators in Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) aufgespalten. Der Prozesswirkungsgrad liegt bei ca. 70%.

Andererseits kann Wasserstoff (H2) auch mittels Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. Der hierzu erforderliche Energieeinsatz (4,3 kWh/m³) ist aber erheblich und damit nicht wirtschaftlich.

Eine dritte Lösung stellt die Chloralkali-Elektrolyse dar. Hier wird Chlor und Natronlauge aus einer wässrigen Kochsalzlösung hergestellt. Wasserstoff (H2) fällt als Nebenprodukt an.

Die Verflüssigung von Wasserstoff folgt dem selben Prinzip wie die der Luft. Nur ist aufgrund des sehr niedrigen Siedepunkt von 20 K = - 253°C oft eine Vorkühlung mittels flüssigem Stickstoff erforderlich.

Eine Besonderheit des Gases besteht darin, dass es in zwei Modifikationen vorliegen kann, die sich atomar voneinander unterscheiden:

• Orthowasserstoff
• Parawasserstoff

Bei Verflüssigung wandelt sich die Orthovariante in Parawasserstoff um. Deshalb ist flüssiger Wasserstoff (H2) immer Parawasserstoff.

Besondere Erwähnung verdient die Eigenschaft, dass Wasserstoff (H2) nur eine extrem geringe Verdampfungswärme besitzt. Die Schmelzwärme ist jedoch viel größer weshalb flüssiger Wasserstoff (H2) sich binnen kürzester Zeit wieder in den gasförmigen Aggregatszustand umwandelt wenn nicht ständig eine entsprechende Kühlung vorhanden ist.

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