Das Thema „LUFT“ im Chemieunterricht - ChidS

4. Der molekulare Stickstoff – „Verdorbene“ Luft
In der neunten Klasse kann beim Thema „Verhalten von Gasen – Zweiatomigkeit
gasförmiger Elementmoleküle“ gezeigt werden, dass (Di-)Stickstoff nicht einatomig,
sondern als zweiatomig vorkommt. Die Molekülmasse, die man an der Gasmolwaage
ablesen kann, beträgt 28 g/mol. Da die Schüler sich im Periodensystem ein wenig
auskennen, wissen sie, dass die molare Masse 14 g/mol beträgt. Also müssen es zwei
Stickstoffatome sein, die hier verbunden sind.
In beiden oben genannten Schulstufen sollte die Gasmolwaage als
Messgerät verwendet werden, ohne ihr genaues Prinzip zu erklären.
Es beruht auf der „Messung des Auftriebes (ARCHIMEDES), den
eine geschlossene Glaskugel in einem Gase erfährt, mittels einer
Federwaage, die mit einer empfindlichen kleinen
Balkenwaagegekoppelt ist.“[20]
Der Satz von Archimedes besagt:
„Der Auftrieb ist so groß wie die Gewichtskraft
des verdrängten Gases.“ [21]
Der Auftrieb A kann mittels folgender Gleichung [21] berechnet werden:
A = G = m ⋅ g = ρ ⋅V
⋅ g
Abb. 10: Gasmolwaage
GW 61 Plexi
Hierbei ist G die Gewichtskraft und g der Ortsfaktor in Mitteleuropa.
Da die Glaskugel ein konstantes Volumen besitzt, verdrängt sie bei gleicher
Temperatur und gleichem Druck „jeweils das gleiche Gasvolumen und damit die
gleiche Anzahl von Gasmolekülen (AVOGADRO)“[20] des Gases, das in die Gasmolwaage
eingefüllt wird (vgl. Kapitel 11.3 „Der Druck in geschlossenen Gefäßen“).
Somit ist die Differenz im Auftrieb „gleich der Differenz der Massen der beiden
verdrängten Gasvolumina“ [20].
D.h., misst man zunächst den Auftrieb der Luft, die sich in der Glaskugel befindet, im
Referenzgas Luft, steht die Balkenwaage auf Null, da die Gasmolwaage auf Luft
kalibriert wird.
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