Theoretisch ist feuchte Luft leichter als trockene Luft, da trockene Luft hauptsächlich aus Stickstoff- (N2) und Sauerstoffmolekülen (O2) besteht, die schwerer wiegen als die Wassermoleküle (H20) in der feuchten Luft. Aber was sagt das Avogadrosche Gesetz dazu?
Wie hoch ist das Molekulargewicht von Wasser?
Das Gewicht eines einzelnen Atoms wird durch sein Atomgewicht dargestellt. Um zu überprüfen, ob feuchte Luft leichter als trockene Luft ist, müssen wir das Atomgewicht der Atome nehmen, aus denen sie besteht:
- Wasserstoff (H): 1,00784 u
- Sauerstoff (02): 15,999 u
- Stickstoff (H): 14,0067 u
- Kohlenstoff (C): 12,0107 u
Wenn man weiß, dass das Gewicht eines Moleküls durch die Addition der Atomgewichte seiner Atome bestimmt wird, dann hat ein Wassermolekül (H2O) ein gerundetes Molekulargewicht von 18 (1 + 1 + 16).
Ausgehend von dieser Erkenntnis ist die Rechnung einfach: Freier Stickstoff (N2) hat ein Molekulargewicht von abgerundet 28, ein Sauerstoffmolekül (O2) ein Atomgewicht von abgerundet 32. Folglich ist ein Wassermolekül leichter als ein Stickstoff- oder Sauerstoffmolekül. Das bedeutet, dass feuchte Luft theoretisch leichter ist als trockene Luft, denn :
- Wasser (H20) = 18,1558 u
- Stickstoff (N2) = 28,0134 u
- Sauerstoff (O2) = 31,998 u
Avogadros Gesetz der perfekten Gase
Nach dem 1811 entdeckten Gesetz von Avogadro Amedeo enthält jedes feste Volumen eines Gases bei konstantem Druck und konstanter Temperatur die gleiche Anzahl von Molekülen. Unabhängig von der Art des Gases wird in diesem Volumen immer die gleiche Anzahl von Molekülen existieren. Deshalb müssen wir, um ein bestimmtes Luftvolumen feuchter zu machen, diesem Volumen Wasserdampfmoleküle hinzufügen.
Das Problem ist, dass wir, um Wassermoleküle zum Volumen hinzuzufügen, andere Moleküle entfernen müssen, damit die Gesamtzahl der Moleküle im Volumen erhalten bleibt. Nun besteht trockene Luft aber hauptsächlich aus Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen, die schwerer wiegen als Wassermoleküle.
Das bedeutet, dass wenn ein bestimmtes Luftvolumen feuchter gemacht wird durch die Zugabe von Wassermolekülenwerden schwerere Moleküle durch leichtere Moleküle ersetzt. Folglich feuchte Luft ist leichter als trockene Luft, wenn beide die gleiche Temperatur und den gleichen Druck haben.