Gasgleichungen

Gasgleichungen beschreiben den Zustand von Gasen durch Beziehungen zwischen Druck, Volumen, Temperatur und Stoffmenge. Sie dienen der Vorhersage des Verhaltens von Gasen unter unterschiedlichen Bedingungen und unterscheiden sich nach Annahmen über Molekülgrößen, Wechselwirkungen und Kompressibilität.

Die bekannteste Gasgleichung ist das ideale Gasgesetz: PV = nRT, wobei R die Gaskonstante ist. Es gilt unter Bedingungen, bei denen Molekülwechselwirkungen vernachlässigbar sind und die Moleküle als punktförmig betrachtet werden. In molarer Form lautet es p·Vm = RT, mit Vm dem molaren Volumen. Typische Anwendungen finden sich in der Stoffmengenkalkulation bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck.

Realistische Gasgleichungen berücksichtigen Abweichungen. Die van-der-Waals-Gleichung korrigiert Druck und Volumen durch P = [nRT/(V-nb)] − a(n/V)^2, mit den Parametern a und b; sie berücksichtigt Anziehungskräfte und endliche Größe der Moleküle. Weitere Gleichungen, wie Redlich-Kwong, Peng-Robinson oder Soave-Redlich-Kwong, verwenden temperaturabhängige Parameter, um Phasenverhalten besser zu beschreiben.

Zusätzlich werden häufig Virialgleichungen verwendet, zum Beispiel PV = nRT [1 + B(T)/V + C(T)/V^2 + ...], oder in Form von Z = PV/(nRT) mit Z ≈ 1 für ideale Gase. Der Kompressibilitätsfaktor Z charakterisiert Abweichungen.

Anwendung: Ausgleich von Parametern in technischen Prozessen, Optimierung von Gastransport, Kühlsystemen, und chemische Reaktionskinetik. Grenzen: keine einzige Gleichung beschreibt alle Gasmuster; die Wahl hängt von Temperatur, Druck, Zusammensetzung und Genauigkeitsbedarf ab.