Entmischung von Luft

Wissenschaft Physik
#1

Hallo!

Hier nochmal eine Frage zum Verhalten von Gasen.
Würde es gelingen in einem perfekt von der Umgebung isolierten
Volumen, in dem alleine die Gravitation wirken kann, Luft
aufgrunde der unterschiedlichen Atommassen zu trennen?
Was mich zu der Frage führt ist die Tatsache, daß die
Zusammensetzung der Atmosphäre bis in eine Höhe von rund 10Km
konstant ist. Das heißt, es kommt nicht zu einer bevorzugten
Anreicherung von z.B. Krypton am Boden.
Nun besagt ja die Theorie, daß sich zwei Gase bei Mischung so
verhalten, als würden sie alleine das gesamte Volumen ausfüllen
(Gesetz von Dalton).
Wenn dem so ist, dann verstehe ich aber nicht, warum z.B.
Helium „natürlich“ nach oben steigt, und sich nicht homogen im
gesamten Volumen verteilt. So wie das Helium das im
Subprozentbereich sowieso natürlicher Bestandteil der Atemluft
ist und sich auch nicht entmischt.

Danke für Eure Antworten
Tobias

#2

Nun besagt ja die Theorie, daß sich zwei Gase bei Mischung so
verhalten, als würden sie alleine das gesamte Volumen
ausfüllen (Gesetz von Dalton).

Das ist nur die halbe Miete. Du mußt zusätzlich berücksichtigen, daß der Durck im Gravitationsfeld nach oben hin abnimmt (Barometrische Höhenformel) und je größer die Molmasse des Gases ist, um so stärker ist dieser Effekt.

Wenn dem so ist, dann verstehe ich aber nicht, warum z.B.
Helium „natürlich“ nach oben steigt, und sich nicht homogen im
gesamten Volumen verteilt.

Helium steigt nicht nach oben, sondern es füllt den Raum aufgrund seiner geringen Atommasse nur gleichmäßiger aus, während die scheren Gase Sauerstoff und Stickstoff unter ihrer eigenen Last stärker zusammengepreßt werden.

Entsprechend ihrer Molmasse nimmt also der Sauerstoffpartialdruck nach oben hin stärker ab als der Stickstoffpartialdruck und dieser wiederum stärker als der Helium-Partialdruck. Dieser Effekt führt tatsächlich zu einer Entmischung der Gase und wird in speziellen Turbinen auch zur Gastrennung eingesetzt.

#3

Hallo Tobias

ein mit Helium gefüllter Luftballon steigt, weil das in der Ballonhülle eingeschlossene Helium + der Ballon leichter sind als Luft.
Genauso sinkt ein mit Salzwasser gefüllter Ball in Süsswasser, denn das Wasser, das Salz und der Ball sind schwerer als das Süsswasser.
Das funktioniert weil alles schön getrennt ist.
Entfernt man aber die Hüllen um die beiden eingeschlossenen Medien, so beginnen sie sich mit den umgebenden Medien zu vermischen.
Man kann das damit erklären, dass die Luft-/Wasserteilchen sich bewegen und Stösse gegen das Heliumgas/Salz im Salzwasser ausüben. Dabei verteilen sie sich gleichmässig, wenn man lange genug wartet.

Gruss Hans

#4

Hallo Tobias!

Hier nochmal eine Frage zum Verhalten von Gasen.
Würde es gelingen in einem perfekt von der Umgebung isolierten
Volumen, in dem alleine die Gravitation wirken kann, Luft
aufgrunde der unterschiedlichen Atommassen zu trennen?

Nein, durch die Temperatur bewegen sich die Moleküle dauernd und stossen aneinander an (Braunsche-Bewegung). Dadurch wird die Entmischung verhindert. Nur schwere (z.B. CO2) Gase entmischen sich und setzen sich am Boden fest.

Bei 0K, hast du das Problem mit der braunschen-Bewegung nicht mehr, aber deine Gase sind dann keine Gase mehr, sondern fest.

MfG Peter(TOO)