Bringt man in einen Raum verschiedene Gase, so mischen sich diese auch wenn keine Strömungen herrschen, bis beide Gassorten gleich verteilt sind. Dieser Vorgang heißt Diffusion.
Nachweis der schnelleren Diffusion leichter Gase Aufbau und Durchführung
Man stülpt über einen Tonzylinder mit verhältnismäßig schweren Luftmolekülen (O2, N2) einen Behälter mit sehr leichten Molekülen (z.B. Wasserstoff oder Helium) und misst mit einem U-Rohr-Manometer den Druck innerhalb des Tongefäßes.
Beobachtung
Zuerst entsteht im Inneren des Tonzylinders ein Überdruck. Nach einiger Zeit stellt sich wieder Druckgleichgewicht ein.
Erklärung
Die leichten Moleküle diffundieren schneller ins Innere des Tonzylinders. Nach einer gewissen Zeit diffundieren aber auch die Luftmoleküle aus dem Tonzylinder nach außen.
Ergebnis
Leichte (und damit schnelle) Gasteilchen diffundieren schneller durch eine poröse Membran, z.B. eine Tonschicht als schwere (und damit langsame) Gasteilchen.
Im Video (Abb. 2) wird über einen Tonzylinder, dessen Innendruck mit einem U-Rohr-Manometer (unten links im Kreis) gemessen wird, ein Glas mit Helium gestülpt, dort eine Zeitlang belassen und dann wieder entfernt.
Diesmal wird der Versuch mit einer anderen Kobination der beiden Gase durchgeführt. Hier befindet sich in dem Glas schwerere Gasmoleküle, nämlich Kohlendioxid (CO2).
Diffusion zur Trennung leichter und schwerer Gase
Die Diffusion macht man sich beim Trennen von leichten und schweren Gasteilchen zu Nutze. Lässt man gleich viele leichte (rote) und schwere (blaue) Gasteilchen durch eine Diffusionszelle strömen, so gelangen mehr leichte Teilchen durch die poröse Membran, so dass am oberen und unteren Auslass das Gas einen größeren Anteil an leichten Teilchen hat, hingegen am mittlere Auslass einen größeren Anteil an schweren Teilchen.