Peter W. Atkins

Physikalische Chemie


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weisende Strömung der Luft um ein Hochdruckgebiet und eine entgegen der Uhrzeigerrichtung spiralförmig nach innen gerichtete Strömung um ein Tiefdruckgebiet.

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      Der Verlust an Gasmolekülen in einem Hochdruckgebiet wird durch den Zustrom von Molekülen aus anderen Regionen ausgeglichen. Diese Moleküle sinken nach unten. Wie bereits erwähnt, bewirken absinkende Luftmassen einen wolkenlosen Himmel; da sie sich auf dem Weg nach unten außerdem durch die Kompression erwärmen, sind Hochdruckgebiete mit höheren Temperaturen an der Erdoberfläche verbunden. Im Winter kann kalte Oberflächenluft das Absinken verhindern. Dann kommt es zu einer Inversionslage: Eine kalte Luftschicht ist von einer wärmeren überlagert. Auch durch geografische Gegebenheiten kann kühle Oberflächenluft unter wärmeren Schichten eingeschlossen werden. Dort können sich Luftschadstoffe wie z. B. der photochemische Smog anreichern.

      Reale Gase erfüllen die Zustandsgleichung des idealen Gases nur im Grenzfall p → 0 genau. Die Abweichungen werden umso deutlicher, je höher der Druck und niedriger die Temperatur ist; am stärksten wirken sie sich am Punkt der Kondensation zur Flüssigkeit aus.

      ■ Das Wichtigste in Kürze: (a) Die Abweichungen vom idealen Verhalten können durch Einführung des Kompressionsfaktors zusammengefasst werden. (b) Die Virialgleichung ist eine empirische Erweiterung der Zustandsgleichung des idealen Gases, die das Verhalten von Gasen über einen großen Bereich beschreibt. (c) Aus den Isothermen realer Gase folgen die Konzepte des Dampfdrucks und des kritischen Verhaltens. (d) Unterhalb seiner kritischen Temperatur kann ein Gas durch Anwendung von Druck verflüssigt werden.

      Reale Gase weichen von der Zustandsgleichung des idealen Gases ab, weil die Moleküle miteinander wechselwirken: Abstoßungskräfte begünstigen die Expansion, Anziehungskräfte die Kompression.

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      Ein Gas verhält sich demzufolge ideal, wenn die Moleküle weit voneinander entfernt sind, sodass zwischenmolekulare Wechselwirkungen keine Rolle spielen – d. h., bei geringem Druck. Bei mäßigem Druck dominiert die Anziehung, da die Entfernung zwischen zwei Molekülen nur einige Teilchendurchmesser beträgt. In diesem Fall sollte das Gas leichter komprimierbar sein als ein ideales Gas, weil die Anziehungskräfte helfen, die Teilchen zusammen zu drücken. Bei weiterer Druckerhöhung überwiegen schließlich die Abstoßungskräfte, weil die mittleren Abstände der Moleküle voneinander sehr klein werden, sodass das Gas schwerer zu komprimieren sein sollte.

      Der Kompressionsfaktor

      Der Kompressionsfaktor oder Realfaktor Z einesGases gibt dasVerhältnisseines Molvolumens, Vm = V/ n, zum Molvolumen eines image idealen Gases bei gleichem Druck und gleicher Temperatur an:

      Das Molvolumen eines idealen Gases ist gleich RT/ p ;ein äquivalenter Ausdruck für Z ist deshalb Z = pVm/RT oder

      Für ein ideales Gas erhält man unter allen Bedingungen Z = 1; die Abweichung des Kompressionsfaktors von 1 ist daher ein Maß für die Abweichung vom idealen Verhalten.

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      Virialkoeffizienten

      ansehen. Wir sehen hier ein Beispiel für eine allgemeine Methode in der physikalischen Chemie, bei der maneine einfache Beziehung (hier pV = nRT), die eine gute erste Näherung