Klasse 7 › Chemie › Verbrennung
Wie gewinnt man Eisen aus Erz?
Beim Abspielen lädt der Player von YouTube (youtube-nocookie.com). Details in der Datenschutzerklärung.
Eisenerz ist kein schmutziges Eisen, sondern vor allem Eisenoxid: Eisen, fest an Sauerstoff gebunden. Schmelzen allein trennt die beiden nicht. Im Hochofen nimmt Kohlenstoff aus Koks dem Eisenoxid den Sauerstoff weg. Das Eisenoxid wird reduziert, der Kohlenstoff oxidiert – beides zugleich ist eine Redoxreaktion.
Das Wichtigste zum Nachlesen
1 Min. Lesen
Dem Erz den Sauerstoff wegnehmen
Eisenerz ist kein schmutziges Eisen, sondern vor allem Eisenoxid: Das Eisen ist fest mit Sauerstoff verbunden. Schmelzen allein trennt die beiden nicht. Man braucht einen Stoff, der den Sauerstoff lieber aufnimmt als das Eisen – im Hochofen ist das Kohlenstoff aus Koks. Die Abgabe von Sauerstoff heißt Reduktion, die Aufnahme Oxidation. Beides geschieht gleichzeitig: eine Redoxreaktion.
Die Redoxreaktion im Hochofen
- Eisenoxid + Kohlenstoff Eisen + Kohlenstoffdioxid
Der Hochofen in Grundzügen
- Oben werden Erz, Koks und Kalk eingefüllt.
- Unten wird heiße Luft eingeblasen, der Koks verbrennt, es wird bis etwa 2 000 °C heiß.
- Kohlenstoff und das Gas Kohlenstoffmonoxid entziehen dem Erz den Sauerstoff.
- Unten sammeln sich flüssiges Roheisen und darauf die leichtere Schlacke.
Wer macht was?
- Eisenoxid gibt Sauerstoff ab: Es wird reduziert. Weil es Sauerstoff abgibt, ist es das Oxidationsmittel.
- Kohlenstoff nimmt Sauerstoff auf: Er wird oxidiert. Weil er dem Oxid den Sauerstoff entreißt, ist er das Reduktionsmittel.
- Redoxreaktion = Sauerstoffübertragung
Typische Falle
- Falsch: Erz ist einfach schmutziges Eisen, das man nur schmelzen muss.
- Richtig: Das Eisen ist chemisch gebunden und muss durch Reduktion befreit werden.
- Roheisen enthält noch viel Kohlenstoff und ist spröde – erst im Stahlwerk wird daraus Stahl.
Tipp
Stell dir den Sauerstoff wie einen Ball vor, der weitergegeben wird: Wer ihn abgibt, wird reduziert. Wer ihn fängt, wird oxidiert.
Üben
4 Aufgaben
Ergänze die Wortgleichungen der Redoxreaktionen.
- Eisenoxid + Kohlenstoff → + Kohlenstoffdioxid
- Eisenoxid + Kohlenstoff → Eisen +
- Kupferoxid + Kohlenstoff → + Kohlenstoffdioxid
- Eisenoxid + Aluminium → Eisen +
- Die Abgabe von Sauerstoff heißt .
Eisenoxid + Kohlenstoff → Eisen + Kohlenstoffdioxid. Ergänze reduziert, oxidiert, Oxidationsmittel oder Reduktionsmittel.
- Das Eisenoxid wird .
- Der Kohlenstoff wird .
- Das Eisenoxid ist das .
- Der Kohlenstoff ist das .
Beschrifte den oberen Teil des Hochofens: Beschickung, Koks und Erz, Gichtgas.
- Ziffer 1:
- Ziffer 2:
- Ziffer 3:
Beschrifte den unteren Teil des Hochofens: Heißwind, Schlacke, Roheisen.
- Ziffer 1:
- Ziffer 2:
- Ziffer 3:
Was im Video gesagt wird
Abschrift
Einstieg
Erz einfach schmelzen, und fertig ist das Eisen? Falsch!
Erklärung
Eisenerz ist vor allem Eisenoxid: Eisen, fest verbunden mit Sauerstoff. Gegenprobe: Schmelzen ändert nur den Zustand. Eisen und Sauerstoff bleiben verbunden. Man muss dem Eisenoxid den Sauerstoff wegnehmen. Die Abgabe von Sauerstoff heißt Reduktion. Das Eisenoxid wird reduziert.
Wer nimmt ihn? Kohlenstoff aus Koks. Er bindet Sauerstoff noch lieber. Der Kohlenstoff nimmt den Sauerstoff auf: Er wird oxidiert. Wie ein Ball: Das Eisenoxid gibt ihn ab, der Kohlenstoff fängt ihn. Im Teilchenbild wandert der Sauerstoff vom Eisen zum Kohlenstoff.
Beides passiert gleichzeitig. Das ist eine Redoxreaktion. Als Wortgleichung: Eisenoxid plus Kohlenstoff ergibt Eisen plus Kohlenstoffdioxid. Eisenoxid wird reduziert, Kohlenstoff wird oxidiert. Folge einfach dem Sauerstoff. Über Kreuz: Kohlenstoff ist das Reduktionsmittel, Eisenoxid das Oxidationsmittel.
Beispiele
Im Großen geschieht das im Hochofen, einem riesigen, innen ausgemauerten Turm. Oben werden Erz, Koks und Kalk eingefüllt. Sie liegen in Schichten. Unten strömt heiße Luft hinein. Der Koks verbrennt, bis zu zweitausend Grad. Dabei entsteht Kohlenstoffmonoxid. Dieses Gas holt sich den Sauerstoff aus dem Erz.
Flüssiges Roheisen tropft nach unten. Darauf schwimmt die leichtere Schlacke. Der Kalk bindet das Gestein aus dem Erz. Daraus wird Schlacke. Oben entweicht heißes Gichtgas. Es wird aufgefangen und genutzt. Roheisen ist noch spröde. Erst im Stahlwerk wird daraus Stahl.
Auch Aluminium kann das: Beim Schienenschweißen nimmt es Eisenoxid den Sauerstoff.
Dein Zug
Dein Zug: Kupferoxid und Kohlenstoff reagieren. Wer wird reduziert? Das Kupferoxid.
Zum Schluss
Reduktion heißt Sauerstoff abgeben, Oxidation heißt Sauerstoff aufnehmen. Merk dir: Man nimmt dem Erz mit Kohlenstoff den Sauerstoff weg: Reduktion. Zum Üben: Schreib die Wortgleichung Eisenoxid plus Kohlenstoff. Markier, wer Sauerstoff abgibt. Nächste Frage: Warum brennt dünnes Holz schneller als ein dicker Klotz?
Danach
