Gase
Eigentlich wissen Sie schon, wie das geht!
Zum schulchemischen Grundwissen gehört, dass 22,4 l eines Gases genau 1 Mol enthalten. Wir verallgemeinern das mal in der Weise, dass zwei gleich große Volumina zweier Gase die gleiche Anzahl von Teilchen enthalten, wenn diese Volumina den gleichen Innendruck und die gleiche Temperatur haben. Spätestens im Studium werden Sie lernen, diesen Umstand auch mathematisch zu bescheiben. Löst man die allgemeine Gasgleichung
p·V = n·R·T
nämlich nach n/V auf, so erhält man:
n/V = p/RT
In Worten: Die Teilchenzahl pro Volumen ist abhängig von Druck und Temperatur. Wenn diese konstant vorgegeben sind, ist die Teilchenzahl aber für jedes Gas gleich.
Das Poblem, wie schwer ein Gas verglichen mit einem anderen Gas ist, lässt sich also auf das Problem der molaren Masse reduzieren. Nun ist Luft zwar ein komplex zusammengesetztes Gemisch, aber der Hauptbestandteil ist Stickstoff mit einer molaren Masse von 28,0134 g/mol. Da Sauerstoff als zweithäufigster Luftbestandteil eine molare Masse von 31,9988 g/mol hat, rechnen wir mit einem gerundeten Wert von 30 g/mol. Helium hat eine gerundete molare Masse von 4g/mol. Das ist also 7,5 mal leichter als Luft.
Aha!
Dass Helium-Luftballons aufsteigen, hat also offenbar seine Richtigkeit. Sie verstehen jetzt aber plötzlich viel mehr, nämlich zum Beispiel, dass dann, wenn sich in Gruben oder Höhlen eine Kohlendioxidquelle befindet, diese zu einem "Kohlendioxidsee" führen kann, weil die molare Masse von Kohlendioxid mit 44 g/mol eben ein Stück weit größer ist als die von Luft und das Kohlendioxid sich also auf dem Grund anreichern und bei denjenigen, die sich ungeschützt dort hinunter wagen, zum Erstickungstod führen kann.