Hallo,
mich würde interessieren:
Wenn ich entweder Stickstoff oder Helium in einen Raum gebe, der über eine kleine Öffnung nach unten hin mit normaler Luft verbunden ist, welches der beiden Gase wird sich eher / mit höherer Tendenz mit der Luft vermischen?
Ich hätte gedacht, der Stickstoff, weil er eine ähnliche molare Masse wie Luft hat, während Helium mit seiner viel geringeren Masse überhaupt keine Tendenz hat, nach unten zu sinken und sich mit der Luft zu vermischen.
Und würde die Luft selbst auch nach oben in den mit Stickstoff gefüllten Raum fließen, weil sich die Massen so wenig unterscheiden?
Vielen Dank
Hermann
hi misterxyz,
ich weiss es nicht, aber mein gedanken sind folgende:
helium hat (soviel ich weiss) eine geringere dichte als stickstoff.
aus meiner sicht, wird sich das gas mit der geringeren dichte nach oben und das mit der grösseren dichte nach unten verlagern. nun, die „normale luft“ ist ja kein eigentliches gas, sondern in erster linie ein gasgemisch ( etwa 80% stickstoff, etwa 20% sauerstoff und der rest (ups, ja es geht von den prozentzahlen nicht auf, aber es ist soviel ich weis weniger als ein prozent) ist sonst was^^ (zb kohlenstoffdioxid) ). somit würde stickstoff schon gar nicht mit luft vergleichen, da luft ja ein gas gemisch ist. ich denke, wie gesagt, dass sich das „leichtere“ nach oben verschiebt und das „schwerere“ nach unten. natürlich kommt dann auch die temperatur ins spiel: je niedriger die temperatur, desto stärker sind die gase getrennt. je höher die temperatur ist, desto grösser wird die brownsche bewegung und ebenfalls die durchmischung. das loch jedenfalls kann (bei genügend grossem zeitraum) vernachlässigt werden.
ich hoffe dir einige denkanstösse gegeben zu haben!
lg niemand
Hi,
die Antwort ist folgende: Jedes der Gase verhält sich ganz genau so, als wäre das andere gar nicht vorhanden (Partialdruckgesetz). Stelle Dir also Raum 1 mit Helium vor, angrenzend an Raum 2 mit Vakuum, und unabhängig davon Raum 2 mit Luft, angrenzend an Raum 1 mit Vakuum. Das Helium wird also von Raum 1 in 2 strömen, bis hier Druckausgleich hergestellt ist. Da Helium eine geringe Viskosität und die höhere Teilchengeschwindigkeit hat (bei selber Temperatur bewegen sich die Teilchen im leichteren Gas schneller), dürfte das recht schnell gehen. Umgekehrt wird Luft von Raum 2 in 1 strömen, allerdings langsamer, da Stickstoff das höhere Teilchengewicht hat.
Das dürfte dann sogar zu der interessanten Situation führen, daß der Gesamtdruck des Gases für eine gewisse Zeit in Raum 2 höher als der Anfangsdruck ist, bis dann genau gleiche Partialdrucke in beiden Räumen herrschen.
Gleiches gilt auch für gelöste Salze, da kommt man dann zu den Osmose-Effekten.
Übrigens kann man genau das schön mit Helium-Ballons beobachten. Schon mal gewundert, warum die nach einigen Tagen zu Boden fallen, obwohl sie kaum leerer sind? Das Helium diffundiert nicht nur hinaus, sondern auch Luft fast genau so schnell hinein; da herrscht aus der Sicht der jeweiligen Gase fast jeweils 1 bar Druckunterschied.
Gruß
Moriarty
Nachtrag
Um also Deine Frage zu beantworten, wird die Durchmischung von Helium mit Luft schneller vonstatten gehen als die von Luft mit Stickstoff, da der Partialdruck_unterschied_ dort nur ca. 0.3 bar beträgt, im anderen Fall jedoch 1 bar.
Gruß
Moriarty
Hallo Hermann,
ihr nehmt wohl momentan die Gase im Unterricht durch? Das ist seit deiner Anmeldung bei www am 25.10. schon die zweite „Gas“-Frage.
Und würde die Luft selbst auch nach oben in den mit Stickstoff
gefüllten Raum fließen, weil sich die Massen so wenig
Hier „fließt“ nichts im Sinne einer Stömung, hier diffundiert etwas. Der Materialtransport findet ohne Druckunterschied statt, in den beiden verbunden Räumen herrscht bei deinem Versuch gleicher Druck und gleiche Temperatur, was du zwar nicht schreibst, was ich aber als Randbedingung deiner Hausaufgabe annehme.
Das Wesen der Diffusion ist eine Folge der ungeordneten Wärmebewegung der Moleküle
Frage:
Wenn ich entweder Stickstoff oder Helium in einen Raum gebe,
der über eine kleine Öffnung nach unten hin mit normaler Luft
verbunden ist, welches der beiden Gase wird sich eher / mit
höherer Tendenz mit der Luft vermischen?
Antwort:
Helium wird sich rascher mit der Luft vermischen als Stickstoff.
Entscheidend sind bei der Diffusion u.a.:
a) die Größe das sog. Diffusionskoeffizienten D (siehe deine Schulunterlagen) und
b) die Konzentrationen der beteiligten Gase bzw. Gasmischungen (siehe Ficksches Gesetz).
Du solltest versuchen, Zahlenwerte von D für verschiedene Gase (bei gleicher Temperatur und gleichem Druck) zu bekommen.
Du wirst feststellen, daß Gase mit geringer Masse schneller diffundieren, also einen größeren Zahlenwert für D haben, als Gase mit höherer Masse.
Frage:
Und würde die Luft selbst auch nach oben in den mit Stickstoff
gefüllten Raum fließen, weil sich die Massen so wenig
unterscheiden?
Antwort:
(zu „fließen“ siehe oben) Ja, sie würde auch diffundieren. Da im mit reinem Stickstoff gefüllten Raum anfänglich kein Sauerstoff vorhanden ist, wird in einer bestimmten Zeit mehr Sauerstoff aus der Luft in den Stickstoffraum hinein als Stickstoff aus ihm heraus transportiert worden sein.
Bitte
watergolf
Hallo Hermann,
ihr nehmt wohl momentan die Gase im Unterricht durch? Das ist
seit deiner Anmeldung bei www am 25.10. schon die
zweite „Gas“-Frage.Und würde die Luft selbst auch nach oben in den mit Stickstoff
gefüllten Raum fließen, weil sich die Massen so wenigHier „fließt“ nichts im Sinne einer Stömung, hier diffundiert
etwas. Der Materialtransport findet ohne Druckunterschied
statt, in den beiden verbunden Räumen herrscht bei deinem
Versuch gleicher Druck und gleiche Temperatur, was du zwar
nicht schreibst, was ich aber als Randbedingung deiner
Hausaufgabe annehme.
Das Wesen der Diffusion ist eine Folge der ungeordneten
Wärmebewegung der Moleküle
Frage:Wenn ich entweder Stickstoff oder Helium in einen Raum gebe,
der über eine kleine Öffnung nach unten hin mit normaler Luft
verbunden ist, welches der beiden Gase wird sich eher / mit
höherer Tendenz mit der Luft vermischen?Antwort:
Helium wird sich rascher mit der Luft vermischen als
Stickstoff.
Entscheidend sind bei der Diffusion u.a.:
a) die Größe das sog. Diffusionskoeffizienten D (siehe deine
Schulunterlagen) und
b) die Konzentrationen der beteiligten Gase bzw. Gasmischungen
(siehe Ficksches Gesetz).
Mh, ok, und dass der Raum die Öffnung NACH UNTEN hat, macht keinen Unterschied?
Ich dachte, dass sich das Helium deswegen langsamer mit der Luft im unteren Raum vermischen würde als der Stickstoff, weil Helium so leicht ist, und deswegen immer nach oben aufsteigen will…
Danke für deine Antworten! Ja, nehme das grade im Unterricht durch…; )
Du solltest versuchen, Zahlenwerte von D für verschiedene Gase
(bei gleicher Temperatur und gleichem Druck) zu bekommen.
Du wirst feststellen, daß Gase mit geringer Masse schneller
diffundieren, also einen größeren Zahlenwert für D haben, als
Gase mit höherer Masse.Frage:
Und würde die Luft selbst auch nach oben in den mit Stickstoff
gefüllten Raum fließen, weil sich die Massen so wenig
unterscheiden?Antwort:
(zu „fließen“ siehe oben) Ja, sie würde auch diffundieren. Da
im mit reinem Stickstoff gefüllten Raum anfänglich kein
Sauerstoff vorhanden ist, wird in einer bestimmten Zeit mehr
Sauerstoff aus der Luft in den Stickstoffraum hinein als
Stickstoff aus ihm heraus transportiert worden sein.Bitte
watergolf
Mh, ok, und dass der Raum die Öffnung NACH UNTEN hat, macht
keinen Unterschied?
Ich dachte, dass sich das Helium deswegen langsamer mit der
Luft im unteren Raum vermischen würde als der Stickstoff, weil
Helium so leicht ist, und deswegen immer nach oben aufsteigen
will…
Im Fickschen Gesetz findet sich dafür kein Anhaltspunkt.
Eine Versuchsanordnung mit Helium oben, schweres Gas unten und eine sehr kleine Bohrung für den Diffusionsvorgang dazwischen, wird annähernd reine Diffusion ermöglichen.
In einem Versuchsaufbau, bei dem anfänglich oberer und unterer Raum durch einen seitlich bewegbaren, großflächigen Schieber getrennt sind, wird der obere Raum mit CO2 der untere mit Helium gefüllt.
Zieht man den Schieber vorsichtig weg, wird natürlich das CO2 ähnlich einer spezifisch schweren Flüssigkeit nach unten plumpsen, das Helium sich nach oben verschieben und beide gleichzeitig vermischen. Hier kann man nicht von Diffusionn sprechen.
Um solche Effekte auszuschließen nimmt man bei Diffusionsversuchen häufig eine dünne Membran zwischen den beiden Kompartimenten.