4.1.4 Reale Gase
Für reale Gase gilt:
- Mit steigendem Druck nimmt das Verhältnis Aufenthaltsraum zu Teilchenvolumen ab. Diese
Tatsache verfälscht die Rechnungen mit dem Gasgesetz bei Drücken von einigen
MPa (1 MPa
= 1000 kPa).
- Da die meisten Gasmoleküle keine starren Körper sind, kann man nicht davon ausgehen,
dass sie sich wie ideal elastische Körper verhalten.
- Unterschiedliche Wärmekapazitäten der Gase zeigen, dass Gase die Wärmeenergie nicht
ideal in kinetische Energie umsetzen, sondern auch zur Anregung von Atomschwingungen
verbrauchen.
- Elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Gasmolekülen und -Atomen sind abhängig von
der Elektronenstruktur der Teilchen.
Van der Waals (Portrait)
hat das Gesetz der idealen Gase durch Korrekturglieder für reale
Gase erweitert.
wobei a und b gasspezifische Konstanten sind. Die so korrigierte
Gasgleichung ist in
einem weiten Temperatur- und Druckbereich anwendbar, so dass mit ihr verfahrenstechnische
Prozesse mit guter Näherung berechnet werden können.
Van der Waals-Konstanten für einige Gase:
| Gas |
a in L2×kPa×mol-2 |
b in L×mol-1 |
| H2 |
24,7 |
0,0266 |
| He |
3,45 |
0,0237 |
| N2 |
140,8 |
0,0391 |
| O2 |
137,8 |
0,0318 |
| Cl2 |
657,4 |
0,0562 |
| NH3 |
422,4 |
0,0371 |
| CO2 |
363,7 |
0,0427 |
| CH4 |
225 |
0,0428 |
Siedepunkt Tb bzw. Kondensation
der Gase
Reale Gase sind nicht in jedem Druck - Temperaturverhältnis gasförmig. Gase
können durch Abkühlung und / oder hohen Druck in Flüssigkeiten umgewandelt werden.
Hierbei wird das Verhältnis "freies Volumen zu Teilchendurchmesser" so klein,
dass die intermolekularen Anziehungskräfte (van der Waals - Kräfte) ausreichen um das
Gas zu verflüssigen.
Joule-Thompson
(Portraits)
-Effekt
Nach den Gesetzen idealer Gase führt die Entspannung eines Gases
lediglich zu
einer Expansion und Druckerniedrigung. Der Anstieg des Quotienten "freies Volumen /
Teilchendurchmesser" in einen idealeren Zustand ist für reale Gase mit einer
Aufnahme von kinetischer Energie verbunden, die dem System entnommen wird und es zur
Abkühlung zwingen. Das Gas kühlt bei Entspannung ab und kann so zur Kühlung verwendet
werden (Kühlschrank, Verflüssigung von Gasen, jedoch nur unterhalb der
‘Inversionstemperatur').
Kritischer Zustand
Hohe Gastemperaturen vergrößern die Partikelbewegung derart, dass auch durch
höchste Drücke Gase nicht verflüssigt werden können. Die Temperatur, bei der dieser
Zustand eintritt, die kritische Temperatur, ist für jedes Gas spezifisch. Der
Druck, der kurz unterhalb der kritischen Temperatur zur Verflüssigung des Gases führt,
ist sein kritischer Druck. Verfahrenstechnische Konstruktionen sind so auszulegen,
dass überkritische Bereiche vermieden bzw. die Konstruktionen entsprechend ausgelegt
werden.
Index ACH 