Was ist die Gaskonstante?
Die Gaskonstante (dargestellt durch den Buchstaben R), auch als ideale Gaskonstante bekannt, ist eine Funktion des Drucks (P), des Volumens (V), der Temperatur (T) und der Mole eines Gases (n) in einem stöchiometrischen Wert Gleichung. Die Gleichung PV = nRT ist als ideales Gasgesetz bekannt. Der Wert von R kann durch Umstellen der Gleichung auf R = (PV) / (nT) ermittelt werden. Mit anderen Worten, die Gaskonstante ist der Druck des Gases multipliziert mit seinem Volumen, dividiert durch die Molzahl des Gases multipliziert mit seiner Temperatur in Kelvin.
Ideale Gase sind hypothetisch - sie halten sich strikt an alle einfachen Gasgesetze und haben ein Molvolumen von 22,4141 Litern bei Standardtemperatur und -druck (STP), was 273 Kelvin, 1 Atmosphäre entspricht. Bei STP verhalten sich die meisten Gase jedoch wie ideale Gase, so dass der Wert von R im Allgemeinen 0,0821 L atm / mol K oder 8,3145 J / mol K beträgt. Beispielsweise können das ideale Gasgesetz und die Gaskonstante zum Ermitteln des Drucks verwendet werden von 0,508 Mol Sauerstoff in einem 15-Liter-Behälter bei 303 Kelvin. Das Volumen, die Temperatur und die Anzahl der Mole sind bekannt.
P = (nRT) / V = (0,508 mol · 0,0821 l atm · 303 K) / 15,0 l mol K = 0,842 atm
Dinge ändern sich, wenn ein Gas eine niedrige Temperatur hat oder unter hohem Druck steht. Unter diesen Bedingungen rücken Gasmoleküle langsamer zusammen, sodass intermolekulare Kräfte, die als van der Waals bezeichnet werden, dazu führen, dass der gemessene Druck niedriger als erwartet ist. Wenn die Moleküle näher beieinander liegen, wird das Volumen der tatsächlichen Moleküle auch ein höherer Anteil des Gesamtvolumens des Gases.
Um das Verhalten realer Gase zu kompensieren, kommt die Van-der-Waals-Gleichung ins Spiel. Der Ausdruck (n 2 a) / V 2 kompensiert die intermolekularen Anziehungskräfte und der Ausdruck nb kompensiert das Volumen der Gasmoleküle. Zusammen ergeben diese Begriffe die Van-der-Waals-Gleichung:
[P + (n2a) / V2] x (V-nb) = nRT
Die Ausdrücke n2a und nb heißen Van-der-Waals-Konstanten und müssen experimentell bestimmt werden. Die Van-der-Waals-Gleichung ist nur erforderlich, wenn das Gas eine hohe Temperatur oder einen niedrigen Druck aufweist. Befindet sich das Gas auf oder über Raumtemperatur und unter einem Druck von weniger als einigen Atmosphären, gilt das ideale Gasgesetz.