Hauptunterschied – Reales vs. ideales Gas

Ein Gas ist eine Art physikalischer Zustand, in dem Materie existieren kann. Wenn sich die Teilchen oder Moleküle einer Verbindung innerhalb eines Behälters frei bewegen können, wird diese Verbindung als Gas bezeichnet. Der gasförmige Zustand unterscheidet sich von den anderen beiden physikalischen Zuständen (fester und flüssiger Zustand) entsprechend der Art und Weise, wie Partikel oder Moleküle verpackt sind. Ein echtes Gas ist eine gasförmige Verbindung, die wirklich existiert. Ein ideales Gas ist eine gasförmige Verbindung, die in Wirklichkeit nicht existiert, aber ein hypothetisches Gas ist. Einige gasförmige Verbindungen zeigen jedoch bei bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen ein annähernd ähnliches Verhalten wie ideale Gase. Daher können wir Gasgesetze für diese Art von realen Gasen anwenden, indem wir annehmen, dass es sich um ideale Gase handelt. Auch wenn die richtigen Bedingungen gegeben sind, kann ein reales Gas aufgrund der Unterschiede zwischen realem und idealem Gas dem Verhalten eines idealen Gases nicht 100 % nahe kommen. Der Hauptunterschied zwischen echtem und idealem Gas besteht darin, dass Reale Gasmoleküle haben intermolekulare Kräfte, während ein ideales Gas keine intermolekularen Kräfte hat.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was ist ein echtes Gas? – Definition, spezifische Eigenschaften 2. Was ist ein ideales Gas? – Definition, spezifische Eigenschaften 3. Was ist der Unterschied zwischen echtem und idealem Gas? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Gas, Ideales Gas, Gasgesetze, Intermolekulare Kräfte, Reales Gas

Was ist ein echtes Gas?

Ein echtes Gas ist eine gasförmige Verbindung, die tatsächlich in der Umwelt vorkommt. Diese realen Gase bestehen aus verschiedenen Atomen oder Molekülen, die als Teilchen bezeichnet werden. Diese Gasteilchen sind in ständiger Bewegung. Ein Gasteilchen hat ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Masse. Daher hat ein Gas ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Masse. Das Volumen eines Gases wird als das Volumen des Behälters betrachtet, in dem das Gas aufbewahrt wird.

Einige reale Gase bestehen aus Atomen. Heliumgas besteht beispielsweise aus Heliumatomen. Aber andere Gase bestehen aus Molekülen. Stickstoffgas besteht zum Beispiel aus N₂ Moleküle. Daher haben diese Gase eine Masse und ein Volumen.

Darüber hinaus haben reale Gasmoleküle intermolekulare Anziehungen zwischen sich. Diese Anziehungskräfte werden Van-der-Waal-Wechselwirkungen genannt. Diese Anziehungskräfte sind schwach. Kollisionen zwischen realen Gasmolekülen sind nicht elastisch. Das heißt, wenn zwei reale Gasteilchen miteinander kolloidalen, kann eine Änderung der Energie des Teilchens und eine Änderung seiner Bewegungsrichtung beobachtet werden.

Einige reale Gase können sich jedoch unter Niederdruck- und Hochtemperaturbedingungen als ideale Gase verhalten. Bei hohen Temperaturen wird die kinetische Energie der Gasmoleküle erhöht. Daher beschleunigt sich die Bewegung der Gasmoleküle. Dies führt zu weniger oder keinen intermolekularen Wechselwirkungen zwischen realen Gasmolekülen.

Daher können wir bei Niederdruck- und Hochtemperaturbedingungen Gasgesetze für reale Gase anwenden. Zum Beispiel bei niedrigem Druck und hoher Temperatur;

PV / nRT ≈ 1

Wobei P der Druck des Gases ist,

V ist das Volumen des Gases,

n ist die Anzahl der Gasmole,

R ist die ideale Gaskonstante und

T ist die Temperatur des Systems.

Dieser Wert wird als bezeichnet Kompressibilitätsfaktor. Es ist ein Wert, der als Korrekturfaktor für die Abweichung einer Eigenschaft eines realen Gases von einem idealen Gas verwendet wird. Aber für reale Gase PV ≠ nRT.

Abbildung 1: Kompressibilitätsfaktor für verschiedene Gase in Bezug auf den eines idealen Gases

Obwohl der Wert von PV /nRT nicht genau gleich 1 ist, ist er bei niedrigen Druck- und hohen Temperaturbedingungen ungefähr gleich.

Was ist ein ideales Gas?

Ein ideales Gas ist ein hypothetisches Gas, das in der Umgebung nicht wirklich existiert. Der Begriff des idealen Gases wurde eingeführt, da das Verhalten realer Gase kompliziert und unterschiedlich ist und das Verhalten eines realen Gases in Bezug auf die Eigenschaften eines idealen Gases beschrieben werden kann.

Ideale Gase sind gasförmige Verbindungen, die aus sehr kleinen Molekülen bestehen, die ein vernachlässigbares Volumen und eine vernachlässigbare Masse haben. Wie wir bereits wissen, bestehen alle realen Gase aus Atomen oder Molekülen, die ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Masse haben. Die Kollisionen zwischen idealen Gasmolekülen sind elastisch. Das heißt, es ändert sich weder die kinetische Energie noch die Bewegungsrichtung des Gasteilchens.

Es gibt keine Anziehungskräfte zwischen idealen Gasteilchen. Daher bewegen sich Partikel hier und da frei. Ideale Gase können jedoch bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen zu realen Gasen werden, da sich die Gasteilchen mit einer reduzierten kinetischen Energie annähern, die zur Bildung intermolekularer Kräfte führt.

Abbildung 2: Das Verhalten des idealen Gases in Bezug auf das He-Gas und CO2-Gas

Ein ideales Gas gehorcht allen Gasgesetzen ohne irgendwelche Annahmen. Der Wert für PV /nRT für ein ideales Gas ist gleich 1. Daher ist der Wert für PV gleich dem Wert für nRT. Wenn dieser Wert (Kompressibilitätsfaktor) für ein bestimmtes Gas gleich 1 ist, handelt es sich um ein ideales Gas.

Unterschied zwischen echtem und idealem Gas

Definition

Echtes Gas: Ein echtes Gas ist eine gasförmige Verbindung, die tatsächlich in der Umwelt vorkommt.

Ideales Gas: Ein ideales Gas ist ein hypothetisches Gas, das in der Umgebung nicht wirklich existiert.

Intermolekulare Attraktionen

Echtes Gas: Zwischen realen Gasteilchen bestehen intermolekulare Anziehungskräfte.

Ideales Gas: Es gibt keine intermolekularen Anziehungskräfte zwischen idealen Gasteilchen.

Gaspartikel

Echtes Gas: Die Teilchen in einem realen Gas haben ein bestimmtes Volumen und eine bestimmte Masse.

Ideales Gas: Die Teilchen in einem idealen Gas haben kein bestimmtes Volumen und keine bestimmte Masse.

Kollisionen

Echtes Gas: Kollisionen zwischen realen Gasmolekülen sind nicht elastisch.

Ideales Gas: Kollisionen zwischen idealen Gasmolekülen sind elastisch.

Kinetische Energie

Echtes Gas: Die kinetische Energie realer Gasteilchen wird bei Stößen verändert.

Ideales Gas: Die kinetische Energie idealer Gasteilchen ist konstant.

Wandel im Staat

Echtes Gas: Ein reales Gas kann sich bei niedrigem Druck und hohen Temperaturen wie ein ideales Gas verhalten.

Ideales Gas: Ein ideales Gas kann sich bei hohem Druck und niedrigen Temperaturen wie ein echtes Gas verhalten.

Abschluss

Reale Gase sind gasförmige Verbindungen, die tatsächlich in der Umwelt vorkommen. Aber ideale Gase sind hypothetische Gase, die nicht wirklich existieren. Diese idealen Gase können verwendet werden, um das Verhalten realer Gase zu verstehen. Bei Anwendung eines Gasgesetzes für ein reales Gas können wir davon ausgehen, dass sich reale Gase bei niedrigem Druck und hohen Temperaturen wie ideale Gase verhalten. Der genaue Weg besteht jedoch darin, Korrekturfaktoren für die Berechnungen zu verwenden, anstatt anzunehmen. Die Korrekturfaktoren werden durch Ermittlung der Differenz zwischen realem und idealem Gas erhalten.

Verweise:

1. „Echte Gase“. Chemie LibreTexts, Libretexts, 1. Februar 2016, hier verfügbar. Aufgerufen am 6. September 2017. 2. „Kompressibilitätsfaktor“. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11. August 2017, hier verfügbar. Aufgerufen am 6. September 2017. 3. „Ideales Gas“. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 30. August 2017, hier verfügbar. Aufgerufen am 6. September 2017.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „Faktor Z vs“ von Antoni Salvà – Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia