Hallo,
kennt vielleicht jemand von Euch die chemischen Hintergründe und Eigenschaften der Treibhausgase? Ich meine jetzt also warum Gase wie zum Beispiel Methan und CO2 Treibhausgase sind, beziehungsweise was aus chemischer Hinsicht ein Treibhausgas ausmacht.
Vielen Dank,
Florian
kennt vielleicht jemand von Euch die chemischen Hintergründe
und Eigenschaften der Treibhausgase? Ich meine jetzt also
warum Gase wie zum Beispiel Methan und CO2 Treibhausgase sind,
beziehungsweise was aus chemischer Hinsicht ein Treibhausgas
ausmacht.
Jeder Körper gibt abhängig von seiner Temperatur Strahlung einer bestimmten Wellenlänge ab. Die Sonne gibt aufgrund ihrer hohen Temperatur vor allem relativ kurzwellige Strahlung in Form von sichtbarem Licht ab.
Diese Strahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert und diese erwärmt sich dadurch. Die Erdoberfläche strahlt dann diese Energie wieder ab, aber aufgrund ihrer niedrigeren Temperatur diesmal mit einer längeren Wellenlänge, nämlich v.a. im Infrarot-Bereich.
Jeder Stoff kann Strahlung aber nur gut in bestimmten Wellenlängen absorbieren. Ein roter Stoff z.B. kann rotes Licht nicht absorbieren, und reflektiert es, weshalb der Stoff rot aussieht.
Treibhausgase sind nun solche Gase, die einerseits durchlässig für das eintreffende sichtbare Licht der Sonne sind und die andererseits genau die von der Erde abgehende Infrarot-Strahlung absorbieren. Diese absorbierte Strahlung muss das Treibhausgas wieder abgeben und strahlt diese Energie dann seinerseits wieder ab, und das eben in jede Richtung und damit auch teilweise wieder zurück zur Erde.
Damit trifft nun auf der Erdoberfläche neben dem Sonnenlicht auch noch die von den Treibhausgasen absorbierte und in Richtung Erde wieder abgestrahlte Energie ein. Dadurch erwärmt sich die Erdoberfläche zusätzlich, was man dann als Treibhauseffekt bezeichnet.
Siehe:
http://de.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt
Und diese Grafik zeigt wie sich das in den diversen Wellenlängen-Bereichen genau auswirkt.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_Transm…
kennt vielleicht jemand von Euch die chemischen Hintergründe
und Eigenschaften der Treibhausgase? Ich meine jetzt also
warum Gase wie zum Beispiel Methan und CO2 Treibhausgase sind,
beziehungsweise was aus chemischer Hinsicht ein Treibhausgas
ausmacht.
Um als Treibhausgas wirken zu können, müssen die Moleküle permanente oder induzierte elektrische Dipole sein, die mit Infrarotstrahlung wechselwirken können. Das geht nur, wenn die Moleküle aus Atomen mit unterschiedlichen Elektronegativitätswerten bestehen. Für Treibhausgase trifft das zu. Für die Hauptbestandteile der Atmosphäre (Stickstoff, Sauerstoff und Argon) dagegen nicht.
Hallo,
vielen Dank erstmal für die wirklich guten Antworten. Allerdings hätte ich zur Deiner Antwort, drstupid, noch eine Verständnisfrage (liegt nicht an der Erklärung sondern an meinem Chemie-Verständnis)
Um als Treibhausgas wirken zu können, müssen die Moleküle
permanente oder induzierte elektrische Dipole sein, die mit
Infrarotstrahlung wechselwirken können. Das geht nur, wenn die
Moleküle aus Atomen mit unterschiedlichen
Elektronegativitätswerten bestehen. Für Treibhausgase trifft
das zu. Für die Hauptbestandteile der Atmosphäre (Stickstoff,
Sauerstoff und Argon) dagegen nicht.
Und zwar: Umso größer die Differenz der Elektronegativitäten der Atome eines Molekühls, desto stärker der „Treibhaus-Trieb“ des Molekühls, oder? Bei FCKW kann ich das dann nachvollziehen, bei Methan auch noch aber CO2 hat doch in der EN keine besonders große Differenz, oder?
Vielleicht kannst Du, oder auch jemand anders, mir das nochmal kurz erklären.
Vielen Dank nochmal,
Florian
Hi Florian,
Und zwar: Umso größer die Differenz der Elektronegativitäten
der Atome eines Molekühls, desto stärker der „Treibhaus-Trieb“
des Molekühls, oder? Bei FCKW kann ich das dann
nachvollziehen, bei Methan auch noch aber CO2 hat doch in der
EN keine besonders große Differenz, oder?
es kommt auch hier nicht auf die Größe an.
Scherz beiseite, N2, O2 und Ar, die Hauptbestandteile der Luft, haben überhaupt kein Dipolmoment.
CO2 und NH4 auch kein permanentes (Aufbau ist symmetrisch), das hat nur Wasser.
Es geht darum, dass es unterschiedlich geladene Atome im Molekül gibt. Diese erzeugen bei Schwingungen ein elektromagnetisches Feld. Und was ist Licht? Ein sich fortbewegendes Packet elektromagnescher Schwingungen.
So tritt also die Schwingung es Lichts mit der Schwingung des Mokeküls in Wechselwirkung.
Da die Schwingungszustände des Moleküls ebenso wie das Licht gequantelt sind, entspricht die Absorbtion/Emission eines Lichtquants jeweils einem Schwingungsübergang.
Tiefergehende Erklärung kann ich dir nicht liefern, das Stichwort ist Quantenelektrodynamik.
Gruß, Zoelomat
Und zwar: Umso größer die Differenz der Elektronegativitäten
der Atome eines Molekühls, desto stärker der „Treibhaus-Trieb“
des Molekühls, oder?
Ob man dies so generell sagen kann, glaube ich nicht. Das würde ja bedeuten, dass die Absorptionsfähigkeit nur von den Elektronegativitäten der Atome des Moleküls abhängt. Aber wie elektronegativ ein Molekül ist, hängt ja auch noch von anderen Dingen ab, z.B. wie das Molekül geometrisch aufgebaut ist, also welche Winkel die Bindungen zueinander haben. Wasser ist ja deshalb ein permanenter Dipol, weil die H-Atome eben mit dem O-Atom nicht einen 180° Winkel bilden, sondern fast rechtwinklig angeordnet sind:
H--O
|
H
Genauer gesagt sinds 104°, aber so genau lässt sich das in obiger ASCII-Art Zeichnung leider nicht zeichnen 
Bei FCKW kann ich das dann
nachvollziehen, bei Methan auch noch aber CO2 hat doch in der
EN keine besonders große Differenz, oder?
CO2 ist erstmal überhaupt kein Dipol, also zumindest kein permanenter. Genau so wenig wie Methan (CH4). Bei einem permanenten Dipol fällt ja der Schwerpunkt der positiven Ladungen nicht mit dem Schwerpunkt der negativen Ladungen zusammen. Das tut er aber sowohl bei CO2 als auch bei Methan. Nach außen hin sind deshalb beide Molekül erstmal elektrisch neutral.
Wie DrStupid aber schon sagte, kann es sich auch um einen induzierten Dipol handeln. Die Elektronen eines Moleküls haben ja keine festen Positionen, sondern sind ständig in Bewegung. Dadurch kann es auch bei einem Molekül wie CO2 oder Methan dazu kommen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt auf einer Seite mehr Elektronen sind, als auf der anderen Seite des Moleküls. Zu diesem Zeitpunkt ist das Molekül dann ein Dipol, da die Ladungen nicht mehr gleich verteilt sind. Und zu diesem Zeitpunkt kann das Molekül dann auch bei anderen Molekülen in seiner Nähe die Ladungen auf eine Seite ziehen und damit ungleich verteilen. Das andere Molekül wird dann ebenfalls zum Dipol, der Dipol ist also „induziert“.
Dadurch ändert sich die Ladungsverteilung laufend und das ganze schwingt ständig hin und her. Das Ergebnis ist, dass die Moleküle fast die ganze Zeit aufgrund der induzierten Ungleichverteilungen der Ladungen Dipole sind, obwohl sie für sich betrachtet keine (permanenten) Dipole wären.
Hallo nochmal,
vielen Dank an alle für die guten Antworten. Ich denke, dass ich die Problematik und das Thema im Allgemeinen nun verstanden habe.
Vielen Dank!
Grüße,
Florian
Da die Schwingungszustände des Moleküls ebenso wie das Licht
gequantelt sind, entspricht die Absorbtion/Emission eines
Lichtquants jeweils einem Schwingungsübergang.Tiefergehende Erklärung kann ich dir nicht liefern, das
Stichwort ist Quantenelektrodynamik.
Für das Grundverständnis ist es nicht notwendig, so tief einzusteigen. Eine klassisch-mechanisch Analogie reicht hier völlig:
Da es im IR-Bereich um die Anregung von mechanischen Schwingungszuständen geht, kann man sich das Molekül wie eine Stimmgabel vorstellen, die durch Schallwellen in Schingung versetzt wird. Das geht um so besser, je näher die Frequenz der Schallwellen an der Eigenfrequenz der Stimmgabel liegt.
Bei den Molekülen der Treibhausgase ist es ähnlich. Je dichter die Frequenz einer Molekülschwingung am Maximum des Emissionsspektrums der Erde liegt, um so größer ist ihr Einfluss auf den Treibhauseffekt. Der Unterschied zu mechanischen Systemen besteht lediglich darin, dass die Resonanzfrequenz bei Quantensystemen auch die Energie bestimmt, die sie aufnehmen bzw. abgeben können. Je höher die Frequenz, um so höher ist auch die übertragene Energie.