Zusammensetzung der Luft
Luft ist ein Gasgemisch. Trockene Luft besteht zu rund 78 Prozent aus Stickstoff, zu rund 21 Prozent aus Sauerstoff und zu knapp 1 Prozent aus Argon. Ihre mittlere molare Masse beträgt 28,96 g/mol.
Die Bestandteile der Luft
Die Anteile beziehen sich auf trockene Luft und auf das Volumen. Weil gleiche Gasvolumina gleich viele Teilchen enthalten, entsprechen sie auch den Stoffmengenanteilen.
| Bestandteil | Formel | Anteil am Volumen |
|---|---|---|
| Stickstoff | N₂ | 78,08 % |
| Sauerstoff | O₂ | 20,95 % |
| Argon | Ar | 0,93 % |
| Kohlenstoffdioxid | CO₂ | rund 0,04 % |
Den kleinen Rest bilden Spurengase wie Neon, Helium, Methan und Krypton. Dazu kommt Wasserdampf: Sein Anteil schwankt je nach Wetter zwischen fast 0 und rund 4 Prozent. Deshalb rechnet man meist mit trockener Luft.
Molare Masse von Luft berechnen
Luft hat keine Summenformel, weil sie keine Verbindung ist. Ihre molare Masse ist ein Mittelwert: Du multiplizierst die molare Masse jedes Gases mit seinem Stoffmengenanteil und addierst die Ergebnisse.
0,7808 · 28,014 g/mol (N₂) + 0,2095 · 31,998 g/mol (O₂) + 0,0093 · 39,948 g/mol (Ar) + 0,0004 · 44,009 g/mol (CO₂) = 21,873 + 6,704 + 0,372 + 0,018 = 28,97 g/mol
Mit allen Spurengasen und genaueren Anteilen ergibt sich der übliche Tabellenwert von 28,96 g/mol. Für Schulaufgaben reicht meist der gerundete Wert von 29 g/mol. Die molaren Massen der einzelnen Gase kannst du mit dem Molare-Masse-Rechner prüfen.
Massenanteile und Dichte
Weil Sauerstoff- und Argonteilchen schwerer sind als Stickstoffteilchen, weichen die Massenanteile von den Volumenanteilen ab. Nach der Masse besteht trockene Luft zu rund 75,5 Prozent aus Stickstoff, zu rund 23,1 Prozent aus Sauerstoff und zu rund 1,3 Prozent aus Argon. Wie man solche Anteile ausrechnet, zeigt der Massenanteil-Rechner.
Aus der molaren Masse folgt auch die Dichte. Bei 20 °C und Normaldruck nimmt ein Mol eines Gases rund 24 Liter ein, also wiegt ein Liter Luft etwa 28,96 g / 24,06 l = 1,20 g. Bei 0 °C sind es rund 1,29 g pro Liter. Das kannst du mit dem Rechner für das ideale Gasgesetz nachvollziehen.
Leichter oder schwerer als Luft?
Mit der molaren Masse von 29 g/mol kannst du schnell abschätzen, ob ein Gas in Luft steigt oder sinkt. Gase mit kleinerer molarer Masse sind leichter als Luft, Gase mit größerer molarer Masse schwerer.
Helium mit 4,00 g/mol und Wasserstoff mit 2,02 g/mol steigen deshalb auf, ein Heliumballon schwebt. Kohlenstoffdioxid mit 44,01 g/mol ist dagegen schwerer als Luft und sammelt sich in Kellern oder Gärkellern am Boden, was gefährlich werden kann.