Gasmodell

Gasmodell bezeichnet in der Wissenschaft einen theoretischen Rahmen zur Beschreibung des Verhaltens von Gasen. Es umfasst mathematische Modelle, die Makrogrößen wie Druck (P), Volumen (V), Temperatur (T) und Stoffmenge (n) miteinander verknüpfen, sowie Annahmen über das mikroskopische Verhalten der Moleküle. Von einfachen, allgemein gültigen Modellen bis zu komplexeren Zustandsgleichungen dienen Gasmodelle der Erklärung und Vorhersage von Phasenverhalten, Wärmeübertragung und Stofftransport in Gasen.

Das ideale Gasmodell geht von punktförmigen Molekülen aus, die weder miteinander wechselwirken noch sich gegenseitig beeinflussen außer durch elastische Stöße mit dem Behälter. Unter dieser Annahme gilt das ideale Gasgesetz PV = nRT. Das Modell liefert eine gute Näherung bei niedrigen Dichten und hohen Temperaturen und lässt sich aus der kinetischen Gastheorie herleiten, die die Temperatur mit der mittleren kinetischen Energie der Moleküle verknüpft.

Realgas-Modelle berücksichtigen Abweichungen von dem Idealzustand durch Anziehungskräfte zwischen Molekülen und durch deren endliche Größe. Die Van-der-Waals-Gleichung zum Beispiel modifiziert das ideale Gesetz um die Parameter a (Anziehung) und b (molare Größe). Für technische Anwendungen kommen weiter gekühlte, verbesserte Zustandsgleichungen wie Redlich-Kwong oder Peng-Robinson zum Einsatz, die oft bessere Vorhersagen für Mischungen liefern.

Anwendungen finden Gasmodelle in der Chemie-, Prozess- und Verfahrenstechnik, Meteorologie und Materialforschung. Ihre Grenzen liegen in sehr hohen Drücken oder sehr tiefen Temperaturen, wo Kondensation, Phasenübergänge oder Quantenstatistiken relevant werden. Historisch bildeten die Gasgesetze und die daraus abgeleitete kinetische Theorie die Grundlage moderner Gasmodelle.