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Grundwissen

Dichte von Gasen

Das Wichtigste auf einen Blick:

  • Dichte ist eine Stoffeigenschaft, mit der Stoffe charakterisiert werden können.
  • Dichte ist der Quotient aus Masse und Volumen: \(\ce{Dichte = \frac{Masse}{Volumen}}\).
  • Die Dichte ist temperaturabhängig.
  • Die Dichte von gasförmigen Stoffen lässt sich experimentell bestimmen.
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung / made with chemix.org
Abb. 1 Ausdehnung von Flüssigkeiten bei Temperaturerhöhung

Temperaturabhängigkeit der Dichte

Aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht ist dir vielleicht bekannt, dass sich fast alle Stoffe mit steigender Temperatur ausdehnen (Abb. 1).  Durch die Ausdehnung verändert sich das Volumen eines Stoffes, da die Stoffteilchen nun mehr Raum benötigen. Da sich dadurch das Volumen \({V}\) durch die Ausdehnung ändert, die Masse \({m}\) jedoch gleichbleibt, verändert sich nach der Formel \({\rm{Dichte}} = \frac{m}{V}\) auch die Dichte.

Aufgrund dieser Temperaturabhängigkeit beziehen sich die Dichteangaben in Tabellenwerken immer auf eine bestimmte Temperatur. In unserem Fall wurden die Dichten bei einer Temperatur von \(\ce{20°\,C}\) ermittelt.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Malte Schweizer
Abb. 2 Gaswägekugel

Dichte von Gasen – nicht ganz so dicht?

Wie für flüssige und feste Stoffe kannst du auch für gasförmige Stoffe die Dichte ermitteln. Zur Bestimmung der Dichte gasförmiger Stoffe benötigst du Geräte, mit deren Hilfe du das Volumen und die Masse eines Gases bestimmen kannst. Im Labor kannst du für die Bestimmung der Dichte von Gasen beispielsweise eine Gaswägekugel, wie du sie in Abbildung 2 siehst, benutzen.

Anstatt der Gaswägekugel kannst du die ungefähre Dichte auch mit einer Spritze überprüfen. Im nachstehenden Video kannst du anschauen, wie du die Dichte von Luft mithilfe einer medizinischen Spritze bestimmen kannst.

Abb. 3 Wiegen von Luft

Wie du im dem Video beobachten konntest (Abb. 3), wurde die verschlossene Spritze bis zur \(\ce{30\;ml}\) Markierung aufgezogen und mit einem Nagel fixiert. Nach dem Öffnen der Spritze konnte Luft in die Spritze einströmen, was zur angezeigten Gewichtszunahme um \(\ce{0,0356\,g}\) führte.

Mit Hilfe der Spritze hast du nun das Volumen \({V}\) und die Masse \({m}\) der Luft bestimmt und kannst die Dichte mithilfe der Dichteformel berechnen. Dafür muss das Volumen \({V}\ce{=30\,ml}\) in Kubikzentimeter \(\ce{cm^{3}}\) umgerechnet werden. Das Volumen V beträgt dann \(\ce{30\;cm^{3}}\).

 

\[\rm{Dichte = \frac{Masse}{Volumen} = \frac{0,0356\,g}{30\,cm^{3}} = 0,001187\frac{g}{cm^{3}}}\]

 

Schaust du die Dichte von Luft nach, so wird diese mit \(\rm{\rho}\,(Luft) = 0,00118 \,\frac{g}{cm^{3}}\) angegeben. Du kannst also sehr gut erkennen, dass die experimentell ermittelte Dichte sehr genau bestimmt werden kann.

Zusammenfassung

Die Dichte von Stoffen ist temperaturabhängig. Mit Verändernung der Temperatur von Stoffen ändert sich auch ihre Dichte. Die Dichte von Gasen lässt sich über die Masse und dem Volumen berechnen. Beide Größen können durch einen Versuch ermittelt werden.