Stickoxidbelastung durch Autoabgase

Stickoxid ist ein Sammelbegriff für unterschiedliche Oxide des Stickstoffs (wie bspw. NO, NO2 oder N2O4). Alle Formen wirken reizend und schädigend auf die Atemorgane. Insbesondere Autoabgase tragen zu großen Teilen zur Belastung bei.

 

Stickstoffmonoxid entsteht als erstes Produkt der Verbrennungsreaktion in Otto- und Dieselmotoren. Für die Verbrennung des Kraftstoffs wird Luft aus der Umgebung angesaugt und beides zusammen verbrannt. Üblicherweise bildet sich aus den in der Luft enthaltenen Gasen Sauerstoff und Stickstoff kein Stickstoffmonoxid aufgrund der extrem hohen Aktivierungsenergie (vgl. Abbildung rechts). Die auftretenden Temperaturen im Motor von bis zu 2000°C ermöglichen jedoch die Bildung der endothermen Verbindung. Üblicherweise zerfallen solche Verbindungen wieder, wenn die Temperatur absinkt. Die Aktivierungsenergie für die Rückreaktion ist jedoch so hoch, dass diese nur abläuft, wenn die Abgase auf dem Weg zum Auspuff langsam abgekühlt werden. Dies passiert nur zu geringen Teilen, weshalb Abgaskatalysatoren eingesetzt werden müssen.

Phase 1: Zeichnung


Abgaskatalysatoren werden eingesetzt, um die Umweltbelastung durch Stickoxide von Automobilen zu reduzieren.


Aufgabe:

Sieh dir den Verlauf der Reaktion von Stickstoffmonoxid zu Sauerstoff (rote Teilchen) und Stickstoff (blaue Teilchen) an und stelle dir vor, was genau der Katalysator (graue Teilchen) mit den Teilchen während der Reaktion macht. Zeichne und erläutere deine Vorstellung in den vorgesehenen Feldern.


 

Vor der Reaktion

1. Zeichne selbst: Während der Reaktion

Nach der Reaktion

2. Beschreibe deine Zeichnung und erläutere deine Vorstellung:



Phase 2: Simulation Teil 1


Aufgabe 1:

Beobachte den Zerfall von Stickstoffmonoxid mit und ohne Katalysator.


 

Hilfe: Wie funktioniert die Simulation?

Phase 2: Simulation Teil 1


Aufgabe 1:

Beobachte den Zerfall von Stickstoffmonoxid mit und ohne Katalysator.


 

Beurteile den Einfluss des Katalysators:



Phase 3: Überprüfung der Zeichnung


Aufgabe:

Sieh dir deine anfängliche Zeichnung nochmal an. Überlege, welche neuen Inhalte du durch die Simulation gelernt hast. Ergänze deine Zeichnung oder fertige eine neue Zeichnung an. Erläutere anschließend erneut deine Vorstellung.


 

Vor der Reaktion

Überarbeite / fertige eine neue Zeichnung an

Nach der Reaktion

Beschreibe deine Zeichnung und erläutere deine Vorstellung erneut:



Phase 4: Anwendung


Ein Katalysator verändert die Reaktionsgeschwindigkeit. Er beeinflusst die Reaktion, indem er mit den Edukten Zwischenverbindungen bildet, die neue Reaktionswege mit veränderter Aktivierungsenergie ermöglichen.


Aufgabe:

Betrachte die Energiediagramme unten und ordne der Reaktion aus der Simulation das deiner Meinung nach entsprechende Diagramm zu. Begründe deine Wahl und erläutere den Einfluss des Katalysators auf die Aktivierungsenergie der Reaktion anhand des ausgewählten Diagramms.


 

Option A
Option A
Option B
Option B
Option C
Option C

Begründe hier deine Wahl und erläutere den Einfluss des Katalysators auf die Aktivierungsenergie anhand des gewählten Diagramms:



Hilfe: Was ist Lageenergie?

Die Lageenergie (oder auch potentielle Energie) beschreibt die Energie der Teilchen in Abhängigkeit ihrer Position und ihrer Bindungen. An ihr kannst du erkennen, wie sich die Bindungsverhältnisse der reagierenden Teilchen verändern: Je fester die Bindung, desto niedriger ist die Lageenergie.

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Zeichnungen
Erste Zeichnung
Zweite Zeichnung
Beschreibung erste Zeichnung Keine Angabe
Beschreibung zweite Zeichnung Keine Angabe
Simulationsaufgabe: Einfluss des Katalysators auf den Endzustand der Reaktion Keine Angabe
Anwendungsaufgabe: Ausgewähltes Diagramm Keine Angabe
Anwendungsaufgabe: Begründung und Beurteilung des Katalysatoreinflusses auf Aktivierungsenergie der Reaktion anhand des ausgewählten Diagramms Keine Angabe
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