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Abbildung 3.4 zeigt 3 unterschiedliche Behälter, in denen sich die drei Gase 1, 2 und 3 befinden. Druck p und Temperatur T sind in jedem Behälter identisch, die Massen (m ₁, m ₂, m ₃) und Volumina (V ₁, V ₂, V ₃) unterscheiden sich allerdings. Die drei Gase werden bei gleichem Druck und gleicher Temperatur in einem Behälter zusammengeführt (Behälter 4). Für diesen Behälter gilt bei diesen Randbedingungen, wenn die Massen der Gase unverändert bleiben:

(3.15)

Abbildung 3.4 Volumenanteil

Das Volumen von Behälter 4 muss genauso groß sein wie die Volumina der 3 anderen Behälter zusammen. Wenn Sie durch das Gesamtvolumen V _ges dividieren, erhalten Sie

(3.16)

Mit der Definition des Volumenanteils r _i der Komponente i

(3.17)

ergibt sich

(3.18)

Der Volumenanteil läuft wie der Mol- und Massenanteil zwischen den Grenzen 0 und 1. Für ideale Gase ist der Volumenanteil gleich dem Stoffmengenanteil:

(3.19)

was häufig für Umrechnungen genutzt wird.

Volumenanteile werden in der Praxis sehr häufig als Konzentrationsmaße verwendet. Der Grund ist, dass der Mensch sich Volumenanteile leichter vorstellen kann als Massenanteile, von Molanteilen ganz zu schweigen. Werden Gasmischungen analysiert, wird der Anteil der Einzelgase normalerweise in Volumenprozent angegeben.

 Wenn der Kaminkehrer an Ihrer Heizungsanlage eine Abgasmessung durchführt, darf der CO-Gehalt einen Grenzwert von 1000 ppm (0,1 Vol.-%) nicht überschreiten.

 Der Anteil von Sauerstoff in der Luft beträgt 21 Volumenprozent und somit = 0,21.

Häufig müssen Sie sehr kleine Konzentrationen angeben. Als Verfahrenstechniker passiert Ihnen das beispielsweise bei der Angabe von Schadstoffkonzentrationen in der Luft oder im Wasser. Hier wird die Dimension ppm oder ppb gewählt. Es bedeutet

 ppm ≡ parts per million ≡

 ppb ≡ parts per billion ≡

Um dieses Konzentrationsmaß etwas zu verdeutlichen:

»ppm« bedeutet, dass sich ein Teilchen der betrachteten Substanz in einer Million Teilchen der Umgebung befinden, bei »ppb« befindet sich dementsprechend ein Teil der betrachteten Substanz in einer Milliarde anderer Teilchen. Das ist jeweils nicht viel!

Dies soll ein kleines Beispiel belegen:

1 ppm bedeutet, dass auf einer Strecke von 1000 m eine Längenänderung von 1 mm auftritt, oder dass ein Stück Würfelzucker in einem Tanklastzug gelöst ist!

1 ppb ist dementsprechend noch viel weniger. Bei einer Weltbevölkerung im Jahr 2019 von 7,7 Milliarden Menschen entspricht dies 7,7 Personen auf der gesamten Erde. Dies ist fast nichts! Und jetzt überlegen Sie sich einmal, wie Sie Schadstoffe im ppb-Bereich messen wollen! Bei Dioxinen ist dies genau die Fragestellung.

Der Alkoholgehalt wird immer in Volumenprozent angegeben. Ein halber Liter Bier mit 5 Vol.-% Alkohol enthält somit 0,025 l reinen Alkohol, also ein gutes Schnapsglas voll. Trinken Sie dagegen einen Schnaps (Schnapsglas mit 0,02 l) mit 38 Vol.-% Alkohol, haben Sie 7,6·10^–3 l Alkohol zu sich genommen. Mit 4 Gläsern Schnaps haben Sie dann 0,03 l reinen Alkohol getrunken und damit etwas mehr als der Biertrinker. Trinken Sie beides zusammen, hat dies dann häufig schon fatale Folgen!

Wo Sie gerade beim Alkohol sind, können Sie sich hier gleich noch ein Beispiel anschauen. Der getrunkene Alkohol wird im Blut gelöst, Sie haben nach dem Alkoholgenuss eine bestimmte Blutalkoholkonzentration. Die Blutalkoholkonzentration (BAK) gibt die im Blut enthaltene Menge an Alkohol an. Sie wird in Gramm Reinalkohol pro Kilogramm Blut als »Promille (‰)« angegeben. Eine BAK von 1‰ bedeutet, dass 1 Kilogramm Blut 1 Gramm reinen Alkohol enthält. Das sind 1000 ppm. Sie sehen, dass Sie die Einheit ppm beziehungsweise ppb sowohl als Volumen- als auch als Massenanteile angeben können.

Tabelle 3.1 zeigt wichtige Umrechnungsbeziehungen zwischen den Konzentrationsmaßen.

	Massenanteil wi	Stoffmengenanteil xi	Partialdichte ρi	Massenbeladung Xm,i
Massenanteil	w i
Stoffmengenanteil		x i
Partialdichte	w i ⋅ ρ		ρ i
Massenbeladung				X m,i

Tabelle 3.1 Umrechnungsbeziehungen

Stoffmengenbeladung und Stoffmengenanteil können einfach ineinander umgerechnet werden:

(3.20)