Wieso ist Luft so gut gemischt?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen.

Mich würde mal interessieren wieso die uns umgebende Luft mit ihrer Gewichtsdifferenz von Sauerstoff zu Stickstoff sich nicht irgendwie mehr oder weniger auseinandertrennt.

Da Sauerstoff mit einem Gewicht von 1.429 kg pro m³
und Stickstoff mit einem Gewicht von 1,250 kg pro m³

doch so verschieden schwer sind,
aber doch immer wundersamerweise gleichmäßig
gleich gemischt sind.

Die Gewichtsmäßige Verteilung der Luft:

Stickstoff 75,5 %
Sauerstoff 23,1 %

Dies müsste doch normalerweise dazu führen das der gesammte,
oder besser gesagt, zum größten teil,
der Sauerstoff sich fast in Bodennähe aufhalten müsste.
und der Stickstoff dadrüber
sich in der höheren Luftschicht aufhielte,

OK, am Boden gibt es ja starke Wind-Turbulenzen
die eine Durchmischung ja noch irgendwie erklären.

Aber in der Höhe ist es doch verhältnismäßig ruhig,
das weiß ich ja nun vom ballonfahren. Aber wieso trennen sich
die verschieden schweren Gase doch nicht mehr durch ihren
Gewichtsunterschied?

Also so wie die schweren Schneeflocken (die brachten mich dadrauf)
oder auch die Wassertropfen nach unten fallen.

Im Wasser schwimmt doch auch das Öl oben, weil es leichter ist?

wer-weiss-was

Mit freundlichem Gruß

Franz Burbach

#2

Hallo!

Im Wasser schwimmt doch auch das Öl oben, weil es leichter
ist?

… aber nicht der Alkohol, der auch leichter ist!

Das ist auch schon des Rätsels Lösung: Weil Sauerstoff und Stickstoff beliebig mischbar sind (genauso wie Wasser und Alkohol) entmischen sie sich von selbst auch gar nicht mehr (jedenfalls nicht so leicht). Ein Stickstoffmolekül, das sich zwischen lauter Sauerstoffmolekülen befindet, verspürt gar keinen Drang, nach oben auszuweichen, um den schwereren Sauerstoffmolekülen Platz zu machen.

Ich sage nicht, dass es völlig unmöglich ist, aber der Prozess ist so unglaublich langsam, dass die Turbulenz der Atmosphäre ihn komplett zunichte macht.

Zu Deinen Erfahrungen als Ballonfahrer: Einerseits fährst Du hauptsächlich an stabilen Tagen (macht einfach länger Spaß als bei Gewitter) und andererseits täuscht der Ballon natürlich auch eine Ruhe vor, wo unter Umständen keine ist, weil er sich mit der Luftmasse mitbewegt.

Michael

#3

Ich sage nicht, dass es völlig unmöglich ist

Doch, ist es. Die Wechselwirkung zwischen den Gasmolekülen ist so gering, dass die Verteilung einer Komponente nicht davon abhängt, ob noch andere da sind. Jedes Gas füllt das verfügbare Volumen so aus, als ob es allein da wäre. Eine zumindest teilweise Entmischung ist deshalb nur auf Grundlage der barometrischen Höhenformel möglich. Das nutzt man beispielsweise in Gaszentrifugen.

#4

Hallo
Siehe bei Diffusion von Gasen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Diffusion#Diffusion_von…
MfG

#5

Hi,

Die Wechselwirkung zwischen den Gasmolekülen ist
so gering,

betonung auf „den“? Oder gilt das für alle Gase?

VG
J~

#6

Ich sage nicht, dass es völlig unmöglich ist

Doch, ist es. Die Wechselwirkung zwischen den Gasmolekülen ist
so gering, dass die Verteilung einer Komponente nicht davon
abhängt, ob noch andere da sind. Jedes Gas füllt das
verfügbare Volumen so aus, als ob es allein da wäre.

Stimmt, da hast Du recht. Ich habe mich ein bisschen zu sehr von meinem Alkohol-Wasser-Beispiel ablenken lassen. Aber dort ist es doch auch so, dass es nicht zu einer Entmischung kommt.

Michael

#7

Moin,

Oder gilt das für alle Gase?

tut es.

Selbst bei Mischungen von Wasserstoff und Schwefelhexafluorid gilt das auf längere Zeit betrachtet.
SF6 findet man auch in hohen Schichten der Atmosphäre.

Gandalf

#8

Moin,

OK, am Boden gibt es ja starke Wind-Turbulenzen
die eine Durchmischung ja noch irgendwie erklären.

das passiert auch in höheren Schichten.

Im Wasser schwimmt doch auch das Öl oben, weil es leichter
ist?

Das schon, nur sind Wasser und Öl ineinander nicht mischbar.
Gase sind aber alle unbegrenzt ineinander mischbar.

Gandalf

#9

Zu Deinen Erfahrungen als Ballonfahrer: Einerseits fährst Du
hauptsächlich an stabilen Tagen (macht einfach länger Spaß als
bei Gewitter) und andererseits täuscht der Ballon natürlich
auch eine Ruhe vor, wo unter Umständen keine ist, weil er sich
mit der Luftmasse mitbewegt.

Hallo Michael

Du sprichst mit einem der hunderte Gasfahrten gemacht hat,
ich rede nicht von einem Heißlüfter der fast immer in Bewegung ist.

Wenn du mal erlebt hast wie ruhig Schneeflocken in der Luft stehen können oder sich nur wegen ihrer nur ihnen eigenen Flugbahn auf der Stelle tanzend bewegen, wird verstehen was stehende Luft bedeutet.

Einen Gasballon kann man so perfekt steuern, dass er genau in dem Tempo sinkt wie die Schneeflocken fallen,

lässt man ihn schneller fallen hast du das Gefühl es schneit von unten nach oben,
sieht auch total verrückt aus.

und auf null Vario zu halten, ist auch zu machen

Außer bei Gewitter ist mit einem Gasballon,
(gefüllt mit Wasserstoff oder Helium) schon so allerlei möglich.

Also ich weiss was stehende ruhige Luft ist, selbst in einem Sturm.
Und das ist keine Täuchung das ist Reality. Glaubs mir.

Kannst ja mal in einem Ballonkorb oben einen Pupser absetzen, ich versprech dir die stehende Luft wirst du nie mehr vergessen. :smile:

und Gase, verschiedener Wichte müssten sich, wenn es in einer Zentrifuge geht, doch auch auf lange Sicht gesehen, doch auch und wenn es nur in einem abgekapselten Raum wäre irgentwie gewichtsmäßig einmal absetzen,

Das ist was ich nicht verstehe.
Auch Getränke setzen sich doch mit der Zeit ab oder nicht?

Geschüttelt und auch nicht gerührt.:smile:

Gruß Franz

#10

Also Gandalf

das dem so ist glaube ich dir unvoreingenommen, man sieht es ja um einen herum.
bei fast purem Sauerstoff würde es sich schnell durch knallen bemerkbar machen,

aber wieso fallen die schwereren Atome nicht nach unten?
oder besteht die Luft nur aus sich gegenseitig festhaltenden Molekülen

geht Stickstoff mit Sauerstoff hand in hand durch die Luft (als Luft)?
Versuchs mal zu erklären, bitte einfache Ausführung.

Gruß Franz

#11

Hallo
Die Gasmoleküle sind im kleinen schnell beweglich, auch wenn die Luft steht.
Stichwort Brownsche Molekularbewegung.
Die Moleküle kicken sich quasi alle, so das sie sich leicht vermischen.
Das hat mit Zufall bzw. Statistischer Verteilung zu tun.
Andererseits ist diese Vermischung nicht immer unbegrenzt.
Es können sich schwere Gase in Kellern ablagern, oder in ganz hohen Atmosphäreschichten gibts auch eine andere Verteilungen.
Außerdem gibt es spezielle Gaszentrifugen für Isotopentrennung, da wandern die Gase auch verschiedene Wege.
Die genaue Größe bestimmen, also bei welcher Dichte der Gase oder bei einem bestimmten Unterschied in den Dichten und die dann erforderliche Zentrifugalkraft kann ich leider so nicht.
Zum Vergleich: Eine Salzlösung löst sich in Wasser mit einer bestimmten osmotischen Kraft. Diese Kraft ist sehr hoch und um eine Salzlösung mit einer Zentrifuge aufzukonzentrieren, bräuchte man sehr hohe Drehzahlen.
MfG
Matthias

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#12

Hallo
Die Gasmoleküle sind im kleinen schnell beweglich, auch wenn
die Luft steht.
Stichwort Brownsche Molekularbewegung.
Die Moleküle kicken sich quasi alle, so das sie sich leicht
vermischen.

Propangas fällt aber trotzdem auch in den Keller?
Ist das nicht doch eine art von Separierung?
oder zählt es trotzdem noch oder auch zum vermischen?

Hallo Matthias,

Zum Vergleich: Eine Salzlösung löst sich in Wasser mit einer
bestimmten osmotischen Kraft. Diese Kraft ist sehr hoch und um
eine Salzlösung mit einer Zentrifuge aufzukonzentrieren,
bräuchte man sehr hohe Drehzahlen.

Das mit der Salzlösung ist gut, da werd ich drüber nachdenken.

Also eine gewisse Menge an Kraft, schafft es also zu sortieren, Punkt.

demnach würde ja dann, auf einem Planeten mit größerer Masse, als die Erde,
damit zu rechnen sein, dass sich die einzelnen Atomgruppen von einander trennen könnten ?

sehe ich das so richtig?

MfG
Franz B.

#13

Moin,

aber wieso fallen die schwereren Atome nicht nach unten?
oder besteht die Luft nur aus sich gegenseitig festhaltenden
Molekülen

da spielen eine ganze Reihe Faktoren eine Rolle.
Zum einen die unbegrenzte Mischbarkeit
Die geringe gegenseitige Wechselwirkungskraft
Die Molekularbewegung
Makrobewegung.

In Summe kannst Du Dir das so vorstellen, daß auch in einer gut gerührten Suppe die Nudeln nicht nach unten sinken.

Der angesprochene Fall, das sich Kohlendioxid oder Propangas in Kellern ansammeln kann liegt daran, daß eine große Menge dieser Gase sehr schnell und ohne Makrobewegung (vulgo Wind) auftreten.
Wenn wir von der Feuerwehr dagegen vorgehen sollen, nehmen wir große Ventilatoren, blasen in den Keller und nach wenigen Minuten hat sich das Kohlendioxid homogen in der Umgebungsluft verteilt.

Selbst eine homogene Mischung aus Wasserstoff (dem leichtesten Gas) und Schwefelhexafluorid (das schwerste mir bekannte Gas) bleibt homogen.
Da reichen schon die Molekularbewegungen aus, um die Homogenität zu gewährleisten. Die Temperatur der Mischung muß aber stets oberhalb des Siedepunktes aller Mischungen bleiben um dies streng zu gewährleisten.

Jetzt klar?

Gandalf

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#14

Moin Franz,

und Gase, verschiedener Wichte müssten sich, wenn es in einer
Zentrifuge geht, doch auch auf lange Sicht gesehen, doch auch
und wenn es nur in einem abgekapselten Raum wäre irgentwie
gewichtsmäßig einmal absetzen,

werden sie nicht. Die Mischung ist so effektiv, daß das nicht pasiert.
Selbst homogene Lösungen (z.B. von Salz oder Zucker in Wasser) separieren in Zentrifugen nicht.

Es gibt allerdings eine Methode, bei der sehr große Moleküle in einer Lösung die einen Konzentrationsgradienten hat durch eine Ultrazentrifuge trennbar sind.
Aber der Gradient (z.B. eine Zuckerlösung die oben 10 %ig ist und unten 60 %ig) bleibt unter diesen Bedingungen erhalten, sprich, der Zucker wandert nicht nach unten.
http://de.wikipedia.org/wiki/Ultrazentrifuge
Aber die zu separierenden Teilchen müssen schon sehr groß sein , molekular betrachtet.

Um mittels einer Gaszentrifuge Gasmischungen zu trennen, muß man ein ziemliches Repertoire an Tricks aufbringen
http://de.wikipedia.org/wiki/Gaszentrifuge
Details werden von den Betreibern ungerne herausgerückt, was aufgrund der Hauptanwendung nicht weiter verwundert :wink:

Es müssen aber sehr viele Zentrifugen in Reihe geschaltet werden, weil der Effekt einer einzelnen Zentrifuge sehr klein ist, trotz der angewendeten Tricks.

Gandalf

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#15

Selbst eine homogene Mischung aus Wasserstoff (dem leichtesten
Gas) und Schwefelhexafluorid (das schwerste mir bekannte Gas)
bleibt homogen.
Da reichen schon die Molekularbewegungen aus, um die
Homogenität zu gewährleisten. Die Temperatur der Mischung muß
aber stets oberhalb des Siedepunktes aller Mischungen bleiben
um dies streng zu gewährleisten.

Jetzt klar?

Hallo Gandalf

Das ist nicht nur gut was du da geschrieben hast,

Denn das ist sogar sehr gut, vor allem, da für mich als Laien,
dank auch der Beispiele, klar verständlich.

Danke dir.

Gandalf nur eine Frage noch,
Die haben da mal vor kurzem in einer wissenschaftlichen Fernsehsendung ein Aquarium gehabt,
mit einem „glasklaren Gas gefüllt“
und ließen zur Demonstration da Papierschiffchen drauf schwimmen,könnte es sich dabei um so ein Gas wie Schwefelhexafluorid gehandelt haben?
Irgend einer behauptete es wäre das umweltschädlichste Gas was es überhaupt gäbe.

Gruß Franz

#16

Moin,

schön daß ich helfen konnte.

könnte es sich dabei um so ein Gas wie
Schwefelhexafluorid gehandelt haben?

Es war mit großer Wahrscheinlichkeit Schwefelhexafluorid. Diesen Beitrag habe ich auch mal gesehen.

Irgend einer behauptete es wäre das umweltschädlichste Gas was
es überhaupt gäbe.

Es hat ein enorm hohes sog Treibhauspotential, gut 20.000 mal größer als Kohlendioxid. Das hängt mit den spektroskopischen Eigenschaften zusammen, aber auch mit der enormen chemischen Stabilität.

http://de.wikipedia.org/wiki/Schwefelhexafluorid
und
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwefelhexafluorid#Kli…

Gandalf

#17

Hallo nochmal
Also nochmals wie gesagt, genau ausrechnen kann ich das nicht.
Ich weiß auch nicht, ob sich Propangas im Keller sammelt.
Ich vermute, und mehr kann ich jetzt nicht abgeben, das bei Propangas sowohl eine Absinkung als auch mindestens eine Verdünnung mit der darüberstehenden Luft entsteht.
MfG
Matthias