Gas

Gas oder gasförmiger Zustand oder gasförmige Substanz ist eines der grundlegenden Aggregatszustände, bei dem die einzelnen Teilchen weit voneinander entfernt sind, sich frei im Raum bewegen und auf sie vernachlässigbar geringe Anziehungskräfte wirken. Im engeren Sinne wird als Gas die Substanz im gasförmigen Zustand (Gasgemisch) bezeichnet, die nicht Dampf ist.

Im Vergleich zu Flüssigkeiten und festen Stoffen haben Gase eine um vieles geringere Dichte und Viskosität und sind komprimierbar. Gas gehört zusammen mit Flüssigkeit zur Gruppe der „Fluide“. Zur vereinfachten Untersuchung der Eigenschaften von Gasen wird das ideale Gas verwendet. Reales Gas oder echtes Gas hat im Gegensatz zum idealen Gas auch Viskosität, also inneren mechanischen Widerstand und lässt sich nicht vollständig komprimieren.

Gasphysik

 

Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle verschiedener Gase bei 25° C

Die Teilchen des Gases werden von keiner Kraft (bzw. deren Wirkung ist vernachlässigbar) zusammengehalten, bewegen sich chaotisch (unregelmäßig) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und beeinflussen sich nur bei gegenseitigen, zufälligen Zusammenstößen. Die Geschwindigkeit der Teilchen ist unterschiedlich, die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen wird durch Maxwell-Boltzmann-Statistik beschrieben.

Die Zusammenstöße der Teilchen mit den Wänden des Behälters, in dem das Gas eingeschlossen ist, üben auf sie eine Kraft aus, die sich als Druck des Gases im geschlossenen Behälter zeigt. Im Fall, dass sich das Gas in einem geschlossenen Behälter befindet, diffundiert es nach dem Öffnen des Behälters in die Umgebung und füllt nach einer gewissen Zeit gleichmäßig den gesamten Raum aus. Dieser Effekt ist eine praktische Konsequenz der zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.

Der momentane Zustand einer bestimmten Menge Gas wird durch drei Zustandsgrößen bestimmt – Druck, Temperatur und Volumen. Diese drei Größen hängen voneinander ab und ihr Verhältnis (Veränderungen) wird durch Zustandsgleichung des idealen Gases beschrieben:

{\displaystyle p.V=n.R.T\,}

wobei:

• p ist Druck (Pa)
• V ist Volumen (m³)
• n ist Stoffmenge (mol)
• R ist universelle Gaskonstante (8,314472 J·K^-1·mol^-1)
• T ist thermodynamische Temperatur (K)