Was ist das ideale Gasgesetz?
Das ideale Gasgesetz ist eine Gleichung, die in der Chemie verwendet wird, um das Verhalten eines "idealen Gases" zu beschreiben, einer hypothetischen gasförmigen Substanz, die sich zufällig bewegt und nicht mit anderen Gasen wechselwirkt. Die Gleichung lautet PV = nRT, was bedeutet, dass Druck mal Volumen gleich der Molzahl mal der idealen Gaskonstante mal der Temperatur ist. Das ideale Gasgesetz wird im Allgemeinen mit dem SI-Einheitensystem verwendet, also ist P in Pascal, V ist in Kubikmetern, n ist dimensionslos und repräsentiert die Anzahl der Mole, R ist in Joule geteilt durch Kelvin mal Mole, und T ist in Kelvin. Das Gesetz kann auch als PV = NkT angegeben werden, wobei die Anzahl der Teilchen (N) die Anzahl der Mol ersetzt und die Boltzmann-Konstante die ideale Gaskonstante ersetzt.
Ein wichtiges Element, das diejenigen, die mit dem idealen Gasgesetz arbeiten, verstehen müssen, ist, dass es nur in idealisierten, theoretischen Situationen funktioniert. Reale Gase interagieren in unterschiedlichem Maße miteinander und mit sich selbst, und diese Wechselwirkungen beeinträchtigen die Zufälligkeit der Bewegung von Gasteilchen. Beispielsweise können bei niedrigen Temperaturen und hohen Drücken die Anziehungskräfte zwischen den Gasen das Verhalten der Gase erheblich verändern. Bei ausreichend niedrigen Temperaturen und hohen Drücken werden viele Gase sogar zu Flüssigkeiten, das ideale Gasgesetz berücksichtigt dieses Verhalten jedoch nicht.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen für das ideale Gasgesetz, aber es handelt sich fast immer um theoretische Situationen. Man kann das ideale Gasgesetz verwenden, um alle unbekannten Eigenschaften eines idealen Gases zu bestimmen, vorausgesetzt, man kennt den Rest der Eigenschaften. Wenn zum Beispiel der Druck, die Anzahl der Mole und die Temperatur bekannt sind, ist es möglich, das Volumen durch einfache Algebra zu berechnen. In einigen Fällen kann das ideale Gasgesetz in realen Situationen angewendet werden, jedoch nur bei Gasen, deren Verhalten bei bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen genau dem Gesetz entspricht, und selbst dann kann es nur als Annäherung verwendet werden.
Das ideale Gasgesetz wird in der Regel in allgemeinen Chemiekursen an Gymnasien und Hochschulen ausführlich behandelt. Die Schüler wenden das Gesetz an, um die Grundlagen des Rechnens in der Chemie zu erlernen. Oft müssen sie mehrere Einheiten umrechnen, bevor sie die Gleichung tatsächlich anwenden. Das Gesetz zeigt auch einige wichtige Konzepte zum Verhalten von Gasen auf. Es zeigt sich zum Beispiel, dass ein Anstieg des Drucks eines gasförmigen Systems tendenziell einem Volumenabfall entspricht und umgekehrt. Es ist wichtig, die aufgezeigten Zusammenhänge zu verstehen, auch wenn die Gleichung nicht für genaue Berechnungen über tatsächliche Gassysteme verwendet werden kann.