Hat ein Gas eine Form?

Hat ein Gas eine Form? Übung

• Gib die Eigenschaften von Gasen wieder.

  Tipps

  Ein Luftballon ist mit einem Gas gefüllt. Dieser lässt sich leicht verformen. Was sagt dir das über das Gas im Inneren?

  Gase besitzen kein festes Volumen und damit auch keine feste Form.

  Lösung

  Im gasförmigen Zustand besitzen die Teilchen eine hohe kinetische Energie. Sie bewegen sich also schnell durch den Raum. Dadurch verteilen sie sich weit voneinander und die Kräfte, die zwischen ihnen wirken, sind relativ klein. Da es viel Platz zwischen den Teilchen gibt, können Gase zusammengedrückt werden. Aus diesem Grund funktioniert auch deine Luftpumpe. Man sagt, Gase sind kompressibel. Damit Gase eine Form annehmen, muss man sie in ein Gefäß einsperren, wie einen Luftballon oder eine Gasflasche. An der freien Luft verteilen sich Gase und besitzen keine feste Form.

• Entscheide, ob es sich um Reinstoffe oder Gemische handelt.

  Tipps

  Luft enthält unter anderem Sauerstoff.

  Rauch ist fein verteilter Feststoff in einem Gas.

  Lösung

  Luft ist, wie du gelernt hast, ein Stoffgemisch. Da sie farblos ist, kann man ihre Grenzen nicht erkennen. Sind andere Stoffe, die eine Farbe aufweisen, in der Luft enthalten, ist es leicht, die Form zu erkennen. Bei Wolken siehst du es ganz deutlich. Sie verändern unablässig ihre Form. Eine Wolke besteht aus fein verteilten Wassertröpfchen, die in der Luft verteilt sind. Auch Nebel besteht aus kleinsten Wassertröpfchen in der Luft. Rauch besteht aus kleinen Feststoffteilchen, die ebenfalls fein in der Luft verteilt sind.

  Es gibt aber auch reine Stoffe, die als Gase vorliegen. Elemente wie Sauerstoff, Wasserstoff, die Edelgase und Chlor liegen bei Raumtemperatur gasförmig vor. Durch Trennung von anderen Stoffen kann man diese Gase als Reinstoffe gewinnen.

• Ordne die Bestandteile der Luft mengenmäßig.

  Tipps

  Die Luft besteht zu ca. einem Fünftel aus Sauerstoff.

  Kohlendioxid bildet den geringsten Anteil an der Luft.

  Lösung

  Das Gasgemisch Luft besteht zum größten Teil aus vier Komponenten. Den Löwenanteil hat Stickstoff $N_2$ inne mit ca. 78 %. Dann folgt schon Sauerstoff $O_2$mit ca. 21 %. Unsere Ausatemluft hat übrigens noch 17 % Sauerstoff. Dadurch ist es möglich, verletzte oder bewusstlose Menschen zu beatmen. Der übrige Teil verteilt sich auf die Edelgase mit ca. 1 %, davon ist das meiste Argon $Ar$, und Kohlendioxid $CO_2$ mit ca. 0,03 %.

• Vergleiche die Aggregatzustände flüssig und gasförmig mithilfe des Teilchenmodells.

  Tipps

  Im linken Bild siehst du eine Flüssigkeit und im rechten Bild ein Gas.

  Das Gas nimmt deutlich mehr Volumen ein als die Flüssigkeit.

  Lösung

  Im Teilchenmodell werden alle Teilchen als gleich große Kugeln dargestellt. Je näher sich die Teilchen sind, desto größer ist die Kraft, die sie aufeinander ausüben. Im Bild ganz oben ist der Vorgang des Siedens dargestellt. Dabei geht eine Flüssigkeit in den gasförmigen Aggregatzustand über.

  Es ist gut zu erkennen, dass sich der Abstand zwischen den Teilchen vergrößert. Dadurch wirken geringere Kräfte. Auch die geringe Dichte von Gasen lässt sich so erklären. Da zwischen den Teilchen viel Raum ist, lassen sich Gase zusammendrücken. Man spricht dabei von Kompression.

• Beschreibe das Luftballon-Experiment.

  Tipps

  Der Ballon stellt ein Gefäß für die Luft dar.

  Durch Drücken lässt sich ein Ballon leicht verformen.

  Lösung

  Gase besitzen kein festes Volumen und keine feste Form. Um Gase zu lagern, benötigt man ein Gefäß. Der Ballon ist hier das Gefäß für die Luft. Im Ballon ist der Druck größer als der Druck von außen. Darum ist der Ballon gespannt und größer als unaufgepustet.

  Wird nun der Druck manuell von außen erhöht, weicht der Ballon aus und verformt sich. Wenn er keine Chance zum Ausweichen hat, wird die Luft im Inneren zusammengedrückt und erwärmt sich dabei.

• Berechne das Volumen an Sauerstoff mithilfe des idealen Gasgesetzes.

  Tipps

  Die Formel muss nach dem Volumen umgestellt werden.

  Anschließend erfolgt das Einsetzen der Zahlenwerte.

  Lösung

  Die Formel $p\cdot~V=~n\cdot~R\cdot~T$ beschreibt ein ideales Gas. Dabei handelt es sich um eine Modellvorstellung, die den Umgang mit Gasen vereinfachen soll. Im idealen Gas beeinflussen sich die Teilchen untereinander überhaupt nicht. Das macht die Gleichung einfacher. In einem realen Gas müssen die Wechselwirkungen mit einbezogen werden, wodurch die Gleichung deutlich komplexer wird.

  Mit der idealen Gasgleichung ist es möglich, Parameter wie das Volumen oder den Druck unter gegebenen Bedingungen wie der Temperatur zu berechnen. So kann mit ihrer Hilfe bestimmt werden, um wie viel Liter sich die Luft in einem Heißluftballon ausdehnt, wenn sie erwärmt wird.