3,1 Lucht, een mengsel van gassen

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• mavo, havo
• Leerjaar 1

3.1 Lucht een mengsel van gassen

Leerdoelen van deze les:

Les 1: 

Je kent de belangrijkste bestanddelen van lucht (in %).

Je kunt uitleggen wat het belang is van de belangrijkste drie bestanddelen van lucht voor het 

          leven op aarde.

Les 2:

Je kunt uitleggen wat er nodig is voor verbranding en welke stoffen ontstaan bij verbranding.

Je weet hoe de laag lucht rond de aarde wordt genoemd en wat een vacuüm is.

Les 3:

Je kunt uitleggen wat het betekent als lucht ijler wordt vanaf een bepaalde hoogte.

Je kunt uitleggen wat hoogteziekte is en wat te doen bij hoogteziekte.

Je kunt de zes edelgassen benoemen en hun gemeenschappelijke eigenschap beschrijven.   (PLUS)

Lucht

Introductie

Lucht is doorzichtig en heeft geen geur of smaak. 

Daardoor sta je er niet vaak bij stil dat er overal om je heen lucht is. De dampkring en de lucht daarin zijn onmisbaar voor het leven op aarde. 

Daarom is het belangrijk om die goed te onderzoeken.

De samenstelling van lucht

De belangrijkste bestanddelen van lucht zijn stikstof en zuurstof. Daarnaast komen er in lucht kleine hoeveelheden voor van andere gassen, zoals argon en koolstofdioxide. 

Lucht bevat ook waterdamp; de hoeveelheid daarvan per kubieke meter kan sterk wisselen.

De samenstelling van lucht

Stikstof: Lucht bestaat voor 78% uit stikstof (N2). Je lichaam heeft dit gas niet nodig. Je ademt het in en uit, zonder dat er in je longen iets mee gebeurt.

Zuurstof: Lucht bestaat voor ongeveer 21% uit zuurstof (O2). Mensen en dieren hebben dit gas nodig om te kunnen leven. Door adem te halen zorg je ervoor dat je lichaam van zuurstof wordt voorzien.

Koolstofdioxide: Lucht bestaat (gemiddeld) voor slechts 0,03% uit koolstofdioxide (CO2). Dit gas is, net als zuurstof, onmisbaar voor het leven op aarde. Planten hebben het nodig om te kunnen groeien

Wat heb je geleerd?

Leerdoelen van deze les:

Les 1: 

Je kent de belangrijkste bestanddelen van lucht (in %).

Je kunt uitleggen wat het belang is van de belangrijkste drie bestanddelen van lucht voor het 

          leven op aarde.

Les 2:

Je kunt uitleggen wat er nodig is voor verbranding en welke stoffen ontstaan bij verbranding.

Je weet hoe de laag lucht rond de aarde wordt genoemd en wat een vacuüm is.

Les 3:

Je kunt uitleggen wat het betekent als lucht ijler wordt vanaf een bepaalde hoogte.

Je kunt uitleggen wat hoogteziekte is en wat te doen bij hoogteziekte.

Je kunt de zes edelgassen benoemen en hun gemeenschappelijke eigenschap beschrijven.   (PLUS)

Zuurstof en verbranding

Zuurstof is ook onmisbaar bij het verbranden van brandstof, zoals aardgas, hout of benzine. Daarom wordt het aardgas in de branders op school eerst vermengd met lucht. Je steekt het mengsel van gas en lucht aan met een lucifer of een aansteker. Dat zorgt ervoor dat de ontbrandingstemperatuur wordt bereikt: de temperatuur waarbij het gas begint te branden. Voor aardgas ligt de ontbrandingstemperatuur op circa 630 °C. Met de warmte die bij de verbranding vrijkomt kun je koken of de inhoud van een bekerglas verwarmen, maar ook elektriciteit opwekken en autorijden.

De branddriehoek

Zuurstof en verbranding

De vlam gebruikt niet alleen aardgas, maar ook zuurstof. Bij de verbranding ontstaan er hete verbrandingsgassen: water(damp) en koolstofdioxide (figuur 2). Het ontstaan van waterdamp kun je aantonen door een bekerglas met koud water boven de gasvlam te houden. Het glas beslaat dan doordat de waterdamp condenseert tegen het koude glas.

Het verbrandingsschema van aardgas

Proefje doen.
Hoe toon je koolstofdioxide aan?

Koolstofdioxide aantonen

Met kalkwater kun je aantonen dat er bij de verbranding koolstofdioxide vrijkomt. 

Kalkwater is helder, maar wordt troebel als je er koolstofdioxide doorheen laat ‘bubbelen’. 

Kalkwater is een indicator (van het Latijnse indicare = aanwijzen) voor CO2. 

Ook voor andere stoffen bestaan er indicatoren.

Koolstofdioxide aantonen.

Wat heb je geleerd?

Leerdoelen van deze les:

Les 1: 

Je kent de belangrijkste bestanddelen van lucht (in %).

Je kunt uitleggen wat het belang is van de belangrijkste drie bestanddelen van lucht voor het 

          leven op aarde.

Les 2:

Je kunt uitleggen wat er nodig is voor verbranding en welke stoffen ontstaan bij verbranding.

Je weet hoe de laag lucht rond de aarde wordt genoemd en wat een vacuüm is.

Les 3:

Je kunt uitleggen wat het betekent als lucht ijler wordt vanaf een bepaalde hoogte.

Je kunt uitleggen wat hoogteziekte is en wat te doen bij hoogteziekte.

Je kunt de zes edelgassen benoemen en hun gemeenschappelijke eigenschap beschrijven.   (PLUS)

De atmosfeer

Rond de aarde bevindt zich een laag lucht, die de dampkring of de atmosfeer wordt genoemd. Daarbuiten is er alleen ‘lege’ ruimte. Zo’n luchtledige ruimte wordt een vacuüm (van het Latijnse vacuus = leeg) genoemd. Je kunt niet precies zeggen hoe dik de atmosfeer is, omdat de lucht bij toenemende hoogte steeds ijler wordt: de dichtheid van de lucht neemt af. Op grote hoogte gaat de atmosfeer ongemerkt over in het vacuüm van het heelal.

IJle lucht

Dat de lucht ijler wordt, betekent dat er per volume-eenheid steeds minder moleculen aanwezig zijn. Op 5,5 km hoogte is het aantal moleculen per kubieke meter de helft van dat op zeeniveau. Op de top van de Mount Everest, 8850 m boven de zeespiegel, is dat aantal zelfs ongeveer drie keer zo laag.

De hoeveelheid zuurstof in de lucht neemt af als je hoger komt. Bij mensen die hun hele leven hoog in de bergen wonen, heeft het lichaam zich aangepast aan de situatie. Dat lukt tot een hoogte van ongeveer vijf km boven zeeniveau. Hoger dan zes km wonen er geen mensen meer. Op de hoogste bergen (acht tot negen km boven zeeniveau) is de lucht zo ijl dat de meeste bergbeklimmers flessen met zuurstof nodig hebben.

Hoogteziekte

Als je van zeeniveau snel naar grote hoogte gaat (meer dan 3 km boven zeeniveau), reageert je lichaam meteen. Je gaat vanzelf sneller ademhalen en je hart gaat sneller kloppen. Zo probeert je lichaam genoeg zuurstof te krijgen. Ondanks die aanpassingen bevat je bloed op grote hoogte minder zuurstof dan op zeeniveau.

Sommige mensen worden ziek door dit gebrek aan zuurstof. Ze voelen zich ellendig, zijn snel vermoeid en slapen slecht. Vaak gaat deze hoogteziekte na een paar dagen vanzelf over, maar het kan ook zo ernstig zijn dat het levensbedreigend is. In dat geval moet je zo snel mogelijk afdalen naar een kleinere hoogte. Meestal verdwijnen de klachten dan weer. Als snel afdalen niet mogelijk is, wordt het slachtoffer in een Gamowbag gelegd: een opblaasbare, luchtdicht afgesloten zak waar van buitenaf lucht ingepompt wordt. Hierin kan het slachtoffer zodanig opknappen dat hij daarna op eigen kracht of met hulp van anderen naar beneden kan gaan.

Artsen oefenen met een Gamow Bag.

PLUS edelgassen

Naast stikstof, zuurstof, koolstofdioxide en waterdamp zit er in lucht ook nog een heel klein percentage edelgassen. Er zijn zes edelgassen: helium, neon, argon, krypton, xenon en radon. Toen ze net ontdekt waren (radon werd als laatste ontdekt in 1900), werden deze gassen vaak ‘zeldzaam’ genoemd. Ze waren namelijk heel moeilijk te vinden op aarde.

Edelgassen vormen een aparte groep binnen de gassen omdat ze een belangrijke eigenschap gemeen hebben: ze reageren vrijwel niet met andere stoffen. Voor zover nu bekend reageren helium, argon en neon buiten het laboratorium zelfs met geen enkele andere stof.

PLUS edelgassen

Helium (van het Griekse hèlios = zon) is zeldzaam op aarde, maar komt veel voor op de zon. 

Met dit gas kun je ballonnen vullen. Helium heeft een heel laag kookpunt, ongeveer –269 °C. 

Met vloeibaar helium kun je apparaten zoals een MRI-scanner in het ziekenhuis koelen tot een heel lage temperatuur. 

Artsen gebruiken een MRI-scanner om heel nauwkeurig in het menselijk lichaam te kijken om zo een diagnose te kunnen stellen .

Neon vind je in gekleurde reclameverlichting en xenon wordt toegepast in lampen. 

Radon is radioactief en wordt gebruikt bij de bestrijding van kanker.

Kun je ook aanwijzen waar de Edelgassen in het periodiek systeem der elementen zijn opgeschreven?

Wat heb je geleerd?