Welche Gase sind leichter als Luft?

Welche Gase sind leichter als Luft?

Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Gasen, die leichter als Luft sind, d. h. deren Molgewicht weniger beträgt als 28,836 g/mol. Es handelt sich um folgende 11 Gase, von denen 7 Gase brennbar sind:

Ammoniak nimmt eine Sonderstellung ein. Aufgrund seiner Schwerentflammbarkeit und hohen UEG wird Ammoniak im Außenbereich und beim Gefahrguttransport als „nicht brennbar“ eingestuft. Ex-Gefahr ist also in diesen zwei Fällen nicht zu erwarten, es ist jedoch ein Atemgift. Zudem verbindet es sich mit der Luftfeuchtigkeit und ist somit bei einem Stoffaustritt im Freien schwerer als Luft.

Bei Fluorwasserstoff werden bei normalen Raumtemperaturen (HF)3-Komplexe ausgebildet, wodurch das resultierende Gas schwerer als Luft wird.

Am häufigsten von diesen 11 Gasen dürfte der Feuerwehr das Gas Methan in Form von Erdgas im ABC-Einsatz begegnen. Erdgas besteht zu 75 – 99 % aus Methan und ein (Erd-)Gasaustritt in Gebäuden oder Leitungen im Freien gehört zu den Standard-Einsätzen der Feuerwehr. Zudem findet Erdgas als Treibstoff in Fahrzeugen immer mehr Verwendung.

Immer mehr an Bedeutung gewinnt Biogas. Biogas (welches uns neben der Biogasanlage auch als Faulgas z.B. in der Kläranlage oder Kanälen begegnen kann) ist ein Gemisch aus 45 – 75 % Methan (CH4), 25 – 55 % Kohlenstoffdioxid (CO2), 0 – 5 % Stickstoff (N2), 0 – 2 % Sauerstoff (O2), 0 – 1 % Schwefelwasserstoff (H2S) sowie Spuren anderer Gase. Biogas kann in Abhängigkeit seiner Zusammensetzung leichter, schwerer oder genau so schwer wie Luft sein. Eventuell kann der Anlagenbetreiber genauere Angaben zur Gaszusammensetzung und dem Gasverhalten machen. Normalerweise neigt Biogas nach Freisetzung zur Entmischung. Stoffe, die leichter als Luft sind, schweben nach oben, die anderen Stoffe breiten sich am Boden aus.

Alle anderen explosiven Gase und Gasgemische sind schwerer als Luft.

Mit Ausnahme des brennbaren Cyanwasserstoffs (HCN, M = 27 g/mol) gilt: Brennbare Dämpfe sind immer schwerer als Luft!

Die Ausbreitung von Gasen ist abhängig von der relativen Gasdichte und den Luftströmungen. Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Molgewicht und der relativen Gasdichte?

Es gilt das Gasgesetz: Masse / Volumen = molare Masse * [Druck / (Gaskonstante R * Temperatur)]

Die Dichte eines Gases ist also proportional zur molaren Masse bei gleicher Temperatur und gleichem Druck, d.h. bei Stoffen, deren molare Masse weniger als Luft (28,836 g/mol) beträgt, ist die relative Gasdichte bei gleichen Umgebungsbedingungen automatisch kleiner eins

Quellen:

– Merkblatt T 055 (BGI/GUV-I 8617), 07/2009 Mess- und Warngeräte für den Explosionsschutz, BG Chemie

– Rist D.: Dynamik realer Gase, Springer Verlag Berlin

– Biogashandbuch Bayern

– Buch http://www.abc-gefahren.de/blog/2013/09/30/buch-standard-einsatz-regeln-bei-photovoltaik-windenergie-und-biogasanlagen/

9 Comments

  1. Klaus Eßer-Luber

    Sehr geehrter Herr Held,

    bitte korrigieren Sie Ihre Aussage zur Entmischung von Biogas. Sowohl in der T 055, als auch in der TRGS 529 ist klar belegt, dass Biogas sich nicht durch Schwerkraft entmischt.

  2. Markus Held

    Sehr geehrter Herr Eßer-Luber,

    mir ist sowohl Fachliteratur wie die T055 und die TRGS 529 bekannt, die keine Entmischung von Biogas angeben, als auch Fachliteratur wie das Buch „Standard-Einsatz-Regeln Einsatz bei … Biogasanlagen“, Veröffentlichungen des BayLfU und der LFS Baden-Württemberg, die eine Entmischung des Biogases bei Freisetzung in die Atmosphäre beschreiben. Ich teile die Meinung eines mir bekannten Chemie-Professors, der meinte: „Früher oder später wird sich das Biogas nach Freisetzung in die Atmosphäre entmischen, einzig der zeitliche Ablauf der Entmischung ist schwer einzuschätzen“. Bei den mir bekannten fachlich seriösen Literaturquellen überwiegt übrigens die Anzahl der Quellen, die eine Entmischung angeben. Insofern sehe ich keinen Korrekturbedarf bezüglich meiner Aussage zu Biogas, da diese meiner Einschätzung entspricht.

  3. Hubert Weimann

    Sehr geehrte Damen und Herren, meine Frage ist, sind Stickstoffoxyde, wie sie dem Dieselmotor entweichen , schwerer oder leichter als die Umgebungsluft auf unseren Straßen ?
    Für eine Antwort wäre ich ihnen sehr dankbar.
    Mit freundlichen Grüßen
    Hubert Weimann

  4. Anonymous

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  5. Markus Held

    Stickoxide sind schwerer als Luft und haben in Bodennähe eine Lebensdauer von ca. 1 Tag. Da die Abgase mit sehr hohen Temperaturen aus dem Auspuff kommen, steigen sie jedoch wie alle heißen Gase erstmal nach oben, bevor sie im Zuge der Abkühlung wieder zu Boden sinken und dort abgebaut werden.

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  7. Christian Klein

    Guten Tag.

    Mir ist soeben Ihre Auflistung der Gase, die leichter als Luft sind, aufgefallen.

    Diese Tabelle suggeriert mir, dass die „leichten“ Gase sich nicht in Vertiefungen, Schächten o. Ä. ansammeln, da sie ja „leichter“ sind und entsprechend nach oben steigen würden.

    Sie begründen dies mit dem Molgewicht, nach meiner Kenntnis hinsichtlich der Verteilung von Gasen in der Luft ist aber doch die Dichte der Gase ausschlaggebend, da das „Molgewicht“ das tatsächliche Volumen im jeweiligen Aggregatszustand unberücksichtigt lässt.

    Meinem Verständnis zufolge würde ich Ihre Tabelle so übertragen, dass z. B. Sauerstoff (31,9988 g/mol) schwerer als Wasser (18,01528 g/mol) wäre und demnach im Wasser absinken müsste. Das tut er aber in gasförmigem Aggregatszustand ja bekanntermaßen nicht, oder liegt bei mir ein grundlegendes Missverständnis vor?

    Grüsse

    C. Klein

  8. Markus Held

    Hallo Herr Klein,

    wie im Artikel beschrieben ist die Dichte eines Gases proportional zur molaren Masse bei gleicher Temperatur und gleichem Druck (siehe ideale Gasgleichung), d.h. bei Stoffen, deren molare Masse weniger als Luft (28,836 g/mol) beträgt, ist die relative Gasdichte bei gleichen Umgebungsbedingungen automatisch kleiner eins. Beim Vergleich von Gasen genügt somit ein Blick auf die molare Masse (diese ist oftmals leichter herauszufinden als die Dichte eines Gases) für die Einschätzung schwerer oder leichter als Luft (und bei Fluorwasserstoff und Ammoniak muss man dann halt wissen, wie die Stoffe mit der Umgebungsluft reagieren ;).

    Gase steigen aus Flüssigkeiten auf, da diese eine viel geringere Dichte als Wasser haben. Bei unterschiedlichen Aggregatszuständen reicht der Vergleich der molaren Masse nicht mehr aus, da hier die ideale Gasgleichung keine Anwendung mehr findet. Für die Reaktion von Gasen mit Flüssigkeiten wäre die Wasserlöslichkeit bei den vorgefundenen Umgebungsbedingungen das relevante Kriterium zur Beurteilung möglicher Auswirkungen.

  9. Pingback: 10 was ist leichter erdgas oder luft Ideen - Vincom Quảng Trị

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