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Chemie für Mediziner: Heterogene Gleichgewichte

Gase

Abb.1

Das Verhalten von Gasen lässt sich relativ einfach untersuchen. Als Beispiel betrachte man ein gasdichtes System aus einem Zylinder und einem reibungslos beweglichen Stempel. Der Zylinder enthält eine bestimmte Menge n Gasmoleküle mit der Temperatur T1 und dem Volumen V1.Heizt man den Zylinder auf, wird der Stempel nach außen gedrückt. Kühlt man ihn ab, wird der Stempel durch den nun höheren Außendruck nach innen gedrückt. Der Druck p und die Stoffmenge n des Gases bleiben dabei konstant.

Abb.2

Trägt man das Volumen des Gases gegen die Temperatur auf, zeigt sich, dass das Volumen proportional zur Temperatur ist: V ~ T.

Extrapoliert man diese Gerade auf tiefe Temperaturen, schneidet sie die Abszisse bei - 273,15 °C bzw. bei 0 K (Kelvin) dem absoluten Nullpunkt der Temperaturskala. 0 °C entsprechen einer absoluten Temperatur von 273,15 K.

In weiteren Versuchen lässt sich zeigen, dassbei konstanter Temperatur und Stoffmenge: V ~ 1/p bei konstantem Druck und konstanter Temperatur: V ~ n gelten.

Diese drei Beziehungen lassen sich in der Zustandsgleichung idealer Gase zusammenfassen:

Zustandsgleichung idealer Gase
p V = n R T
p = Druck [Pa = Nm-2 ] oder [bar] V = Volumen [m3] oder [L] n = Stoffmenge [mol] R = allgemeine Gaskonstante [8,31 JK-1mol-1 ] oder [0,0831 L bar / mol K ] T = absolute Temperatur [K]

Das Volumen, das ein Mol Gasteilchen bei Normalbedingungen (273,15 K und 1,013 bar) einnimmt, wird als Molvolumen bezeichnet. Setzt man die Werte der Normalbedingungen in die Zustandsgleichung ein, erhält man ein Volumen von 22,4 Lmol-1 : das Molvolumen eines idealen Gases.Gase verhalten sich ideal, wenn das Volumen der Teilchen und die Wechselwirkungsenergie zwischen den Teilchen vernachlässigbar klein sind. Dies trifft in erster Näherung zu, solange die Temperatur deutlich über dem Siedepunkt liegt.

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