Schwerer oder leichter als Luft?Autor: Carsten Schumann
Kommt man bei einem Einsatz in Kontakt mit einem Gas ist es immer wichtig zu wissen, ob das Gas am Boden bleibt oder in die Höhe steigt.
Um dies zu wissen, muss ermittelt werden, ob die Dichte des Gases geringer als die Umgebungsluft ist und damit das Gas gen Himmel steigt oder ob die Dichte höher ist und das Gas sich in Mulden und Schächten ansammelt.
Leider gibt es bei der Verwendung der Dichte zwei Problme:
Aus diesem Dilemma kommt man mit einer anderen Einheit heraus: Die Molare Masse des Gases.
1 Herleitung
1.1 Mol, die unbekannte Größe Eine Größe, die man vielleicht noch aus dem Chemieunterricht kennt, ist die SI-Einheit Mol, die definiert ist als
Im SI-Einheitensystem ist das Mol eine Basiseinheit und so definiert:
“Das Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebenso viel Einzelteilchen besteht, wie Atome in 12 Gramm des Nuklids Kohlenstoff-12 (12C) enthalten sind.”
Die Einheit Mol gibt also die Anzahl der Atome bzw. Moleküle eines Stoffs an.
1.2 Molares Volumen Für ideale Gase gilt, dass ein Mol bei Normalbedingungen (273,15 K, 1013,25 Pa) ein Volumen von 22,414 Litern einnimmt. Für reale Gase, Feststoffe und Flüssigkeiten ist das molare Volumen hingegen stoffabhängig. Für eine grobe Abschätzung reicht die Betrachtung als ideales Gas.
Somit klar, dass ein Mol von jedem Atom und jedem Molekül das gleiche Volumen einnimmt. Daraus folgt: Allein die Masse pro Mol ist entscheidend für die Dichte des Stoffes.
1.3 Masse pro Mol
Helium hat eine atomare Masse von 4,0026u (2 Protonen mit 1u, 2 Neutronen mit je 1u und 2 Elektronen mit je 0,0013u). Helium kommt in der Natur 1-Atomar vor, das heißt, bei einem Helium-Gas gehen die Atome untereinander keine Verbindung ein. Somit ist die Masse pro mol Helium 4,0026g.
Somit gilt: Die Masse von einem Mol eines beliebigen Stoffes lässt sich durch die Summierung der Atommassen bestimmen
2 Luft als Referenz Um zu bestimmen, ob ein Gas aufsteigt oder absinkt, fehlt noch die Referenzmasse von Luft.
Luft besteht bekanntlich aus 78,084% Stickstoff, 20,942% Sauerstoff, 0,934% Argon und 0,038% Kohlenstoffdioxid (alle Prozentzahlen sind auf das Volumen bezogen). Sämtliche weiteren Bestandteile kommen im ppm-Bereich (engl. parts per million) in der Luft vor und können ignoriert werden.
Somit ergibt sich (Atommassen gerundet):
Summiert man die Atommassen auf, ergibt sich:
0,78084 * 28u + 0,20942 * 32u + 0,00934 * 40u + 0,00038 * 44u = 28,95528u
Um das ganze etwas einfacher zu machen, kann man nun sagen: Alles mit der Atom- bzw. Molekülmasse von weniger als 29u steigt auf, alles mit 29u oder mehr sinkt ab.
3 Häufig vorkommende Gase
4 Quellen
Carsten Schumann
|
Einloggen
Registrieren
