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Kohlenstoff-Atome nachweisen
Wenn man eine Substanz erhitzt und diese mit rußender Flamme verbrennt oder verkohlt, ist Kohlenstoff nachgewiesen. In beiden Fällen entsteht elementarer Kohlenstoff. Erhitzt man einen organischen Stoff wie Holz oder ein Polymer in einem Reagenzglas, verkohlen diese. Stoffe mit einem hohen Kohlenstoffanteil wie Benzol rußen kräftig beim Verbrennen. Als Schulversuch eignet sich das Erhitzen von Zucker auf einem Verbrennungslöffel. 
   

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Benzol darf nicht an Schulen eingesetzt werden.
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Für einen indirekten Kohlenstoffnachweis verbrennt man die Substanz und saugt die Verbrennungsgase mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe durch eine Gaswaschflasche mit Kalkwasser. Eine Trübung des Kalkwassers weist das Kohlenstoffdioxid nach. Dieses entsteht durch Oxidation der Kohlenstoffatome in der Substanz. Im gekühlten U-Rohr kondensiert als weiteres Verbrennungsprodukt Wasser (Wasserstoffnachweis): 

    

Beim Verbrennen von Methangas entsteht Wasser und Kohlenstoffdioxid.

  
Beim Erhitzen einer kohlenstoffhaltigen Substanz mit Kupferoxid entsteht ebenfalls Kohlenstoffdioxid, das mit Kalkwasser nachgewiesen werden kann. Eine Apparatur dafür könnte folgendermaßen aussehen: 
  

     
  
Ruß 
Kohlenstoffhaltiger Ruß entsteht in der Regel bei unvollständigen Verbrennungen, z.B. wenn Dieselkraftstoff in schlecht eingestellten Motoren verbrannt wird. Die Rußpartikel sind 5-500 nm groß. Sie enthalten je nach Herstellungsweg neben dem Kohlenstoff auch Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff oder Sauerstoff. Organische Stoffe rußen bei der Verbrennung umso mehr, je höher das Verhältnis der Kohlenstoffatome zu den restlichen Atomen ist. 

Verkohlung 
Bei einer Verkohlung wird der organische Stoff vollständig zersetzt, wobei reiner Kohlenstoff übrig bleibt. Auf ähnliche Art und Weise entstanden bei der Zersetzung von totem Pflanzenmaterial durch anaerobe Bakterien im Laufe der Jahrmillionen die Kohlelagerstätten.

 
Indirekte Nachweise 
Bei der Verbrennung aller organischen Stoffe entsteht Kohlenstoffdioxid, ein Oxidationsprodukt der Kohlenstoffverbindungen. Bei Kohlenwasserstoffen erhält man auch Wasser als Verbrennungsprodukt: 

Kohlenwasserstoff  +  Sauerstoff   Kohlenstoffdioxid  +  Wasser 
            CxHy            +         O2              CO2           +     H2O 
  
Beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid in Kalkwasser entsteht eine weiße Trübung. Dabei fällt wasserunlöslicher Kalk aus: 
  
Ca(OH)2  +  CO2   CaCO3  +  H2O 

Bei der Reaktion eines Kohlenwasserstoffs mit Kupfer(II)-oxid wird dieses zu elementarem Kupfer reduziert. Das entstehende Kupfer kann man an der roten Färbung erkennen. Die dabei frei werdenden Sauerstoffatome oxidieren die Kohlenstoffatome des Kohlenwasserstoffs zu Kohlenstoffdioxid und die Wasserstoffatome zu Wasser: 
  
Reduktion:    2 CuO   2 Cu  +  O2 
Oxidation 1:  C-Atome  +  "O"   CO2 
Oxidation 2:  H-Atome  +  "O"   H2O 
  
Dieses Verfahren wurde von Antoine Lavoisier (1743-1794) erstmals angewandt, um das Verhältnis der Kohlenstoffatome zu den Wasserstoffatomen in einer chemischen Verbindung zu bestimmen. Justus von Liebig (1803-1873) verbesserte das Verfahren und Fritz Pregl (1869-1930) verfeinerte es soweit, dass es auch mit kleinen Stoffmengen durchgeführt werden konnte. Bei dieser Elementaranalyse wird die Substanz an glühendem Kupfer(II)-oxid (CuO) bei ca. 700°C verbrannt. Die Verbrennungsprodukte H2O und CO2 werden in Absorptionsrohren aufgefangen. Calciumchlorid absorbiert das Wasser und feines Natriumhydroxid das Kohlenstoffdioxid. Aus der Massezunahme der beiden Rohre lässt sich das prozentuale Verhältnis von Kohlenstoff und Wasserstoff errechnen. 

  


Elementaranalyse: Quantitative Bestimmung von Kohlenstoff und Wasserstoff


Sicherheit  Schutzbrille anziehen! Schutzhandschuhe anziehen! Lueftungsmassnahmen erforderlich

Beim Verkohlen von Stoffen ist auf eine gute Raumlüftung zu achten. Es muss eine Schutzbrille getragen werden. Beim Arbeiten mit Natriumhydroxid oder Natronlauge sind auch Schutzhandschuhe notwendig. Reste der Kupfersalze werden im Behälter für Schwermetallsalzlösungen entsorgt.
 
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