Luft

Luft ist ein besonderer Stoff: wir alle brauchen ihn zum Atmen. Daneben ist Luft für die Korrosion von Gemälden verantwortlich, genauso wie für den blauen Himmel. Warum eigentlich ?
Luft besteht aus 78 % Stickstoff (N2), 21 % Sauerstoff (O2) und 1 % Argon. Daneben sind noch Spuren von anderen Gasen - am bekanntesten ist wohl Kohlendioxid oder CO2 - und vor allem Wasserdampf enthalten. Stickstoff ist ein inertes Gas, das heißt es geht kaum chemische Verbindungen ein. Sauerstoff ist, als chemisch aggressives Element, an Verbrennungsprozessen beteiligt und damit auch für die Korrosion verantwortlich. Korrosion ist nämlich nichts anderes als eine langsame Verbrennung. Wir kennen dieses Phänomen auch vom Rosten des Eisens.
Auch wir benötigen Sauerstoff zum Atmen. Dass dies ebenfalls ein langsamer Verbrennungsprozess ist, lässt sich leicht an den 37 Grad Celsius Körpertemperatur sehen. Argon ist ein, ebenfalls inertes, Edelgas. Kohlendioxid schließlich ist notwendig für die Photosynthese der Pflanzen und stellt deren Hauptkohlenstoffquelle dar. Es ist auch wesentlich für den Treibhauseffekt verantwortlich. Der Wasserdampf ist schließlich für die Wolkenbildung verantwortlich.
Wie kommt es nun zum blauen Himmel und zum Abendrot bzw. zur Morgenröte? Die Antwort liegt in der Streuung des Lichtes. Wellen werden generell von ihrer Ausbreitungsrichtung abgelenkt, wenn die Wellenlänge ungefähr in der Größe eines im Weg stehenden Objektes ist. Für elektromagnetische Wellen besagt das Rayleighsches Gesetz des blauen Himmels, dass die gestreute Leistung proportional zu 1/Wellenlänge4 ist.
Die Luftmoleküle liegen nämlich in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Für von der Sonne ausgesendetes Licht, welches die Atmosphäre der Erde durchläuft, wird daher ca. viermal mehr blau als rot zur Erdoberfläche gestreut. Wenn die Sonne sehr flach am Himmel steht, legt das Licht einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurück und viel Blau wurde schon herausgestreut, es bleibt mehr Rot übrig. Daher das Abend- und Morgenrot.
Luft tritt in der Physik in verschiedenen Rollen auf: als äußerst störend, wenn ein gutes Vakuum, also luftleerer Raum benötigt wird. Als guter Isolator für andere Experimente und als flüssige Luft von ca. minus 190 Grad Celsius zur Kühlung im Labor. Beim Labor III darf damit bereits gespielt werden.