Ideales Gas?
Ich bin Schüler und hätte es gerne leicht erklärt, warum ideale Gase bei 0 Grad und atmosphärischen Druck ein Mol immer 22,4 Liter besitzt. Manche Moleküler sind doch größer und manche sind kleiner. Wäre bei großen Molekülen dann nicht der Druck bei gleichem Raum höher? Ich verstehe dieses Konzept gerade einfach nicht und was sind z. B ideale Gase und welche nicht. Wie kann es sein, dass unterschiedlich große Moleküle in der Gasphase bei gleichem Druck und gleicher Temperatur und gleicher Molekülanzahl(z. B. Avogadro-Konstante) das selbe Volumen haben. Wie geht das??? Danke im vorraus...
6 Antworten
Im Gas ist ganz viel Zwischenraum und ganz wenig Moleküle (grob 1/1000 des Raums nehmen die Moleküle ein). Da ist es nahezu egal, ob die Moleküle ein wenig kleiner oder größer sind, sie haben den gleichen Weg zurückzulegen, bevor sie mit ihrem Nachbarn zusammenstoßen können.
Bei manchen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Schallgeschwindigkeit) von Gasen kommt es immerhin auf die Masse der Moleküle an. Aber nicht beim Molvolumen.
Ein Gas besteht fast nur aus Vakuum zwischen den Atomen bzw. Molekülen. Es gibt relativ wenige Zusammenstöße zwischen den Teilchen, so dass die absolute Ausdehnung (fast) keine Rolle spielt.
Kleiner Teilchen sind auch leichter. Sie tragen die Wärme-Energie in Form von Bewegungsenergie. Bei gleichter Temperatur sind leichte Teilchen schneller als schwere. Das gleicht die unterschiedliche Größe wieder aus, denn es geht beim Druck darum, wie oft sie zusammenstoßen.
Ein ideales Gas hat 2 Eigenschaften:
- Die Teichen üben keinerlei Kräfte aufeinander aus.
- Die Teilchen haben keinerlei Ausdehnung, sind punktförmig.
Dieses Ideal erreicht natürlich kein reales Gas.
Trotzdem sind ideale Gase als Denk- und Rechenhilfe schon ein gutes Hilfsmittel. Man hat nicht für jedes Gas ein eigenes Gesetz, sondern ein allgemeines Gesetz mit typischen Abweichungen.
Außerdem sind die Abweichungen für reale Gase, die unter geringem Druck stehen und deutlich wärmer als ihr Siedepunkt sind, nicht wirklich groß. Ca. 99,9 % sind bei 1 atm. leerer Raum und die Kräfte z.B. bei Stickstoff sind gering, sonst würde er nicht bei -196 °C sieden.
Die Größe eines Moleküls ist bei Gasen schlicht unwichtig. 1 mol Gas hat ein Volumen von 22,414 L. Das ist ein Würfel mit einer Kantenlänge von ca. 28 cm. Nimm ein Lineal mit 30 cm und veranschauliche dir diese Länge. In diesem Volumen sind 6 10²³ Moleküle. Das ergibt ein Volumen von ca. 3,3 nm (10^-9 m) pro Molekül. Ein Molekül ist dagegen noch einmal ca. 10 mal kleiner, so dass es keine Rolle spielt, wie groß es ist.
Das sind aber Idealisierungen, da die Moleküle ja nicht wirklich punktförmig sind, und daher keine Kräfte aufeinander ausüben. Bei He ist das noch gut erfüllt, aber bei größeren Molekülen wirken dann Kräfte zwischen den Molekülen, so dass das Molvolumen etwas kleiner wird. Das spielt aber in der Schule keine Rolle, so dass immer mit dem idealen Gas und dessen molarem Volumen unter Standardbedingungen gerechnet wird. Es findet höchstens eine Anpassung des Volumens auf andere Temperaturwerte statt.
Man vernachlässigt einfach zwischenmolekulare Kräfte, Größe etc., da diese bei gasen sehr gering ausfallen, daher auch ,,ideales Gas".
Und warum haben kleinere Moleküle dann eine größere Distanz zu den anderen Molekülen weil sie sich ja in 22L dann weiter weg anordnen müssen als große Moleküle?