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Gas

Autor: Leandro Alegsa

03-11-2020

Ein Gas ist einer der vier häufigsten Aggregatzustände. In einem Gas bewegen sich die Moleküle frei und sind voneinander unabhängig. Dadurch unterscheidet es sich von einer Flüssigkeit, bei der die Moleküle locker aneinander gebunden sind. Es unterscheidet sich auch von einem Festkörper, bei dem die Bindungen stark sind und die Moleküle zusammenhalten.

In einem reinen Gas kann jedes Molekül aus einem einzelnen Atom bestehen. Es kann elementar sein, wobei jedes Molekül aus mehr als einem des gleichen Atoms besteht, die miteinander verbunden sind. Es kann sich um Verbindungen handeln, bei denen die Moleküle aus vielen Arten von Atomen zusammengesetzt sind. Ein Beispiel für ein monoatomares Gas ist Neon, ein Beispiel für ein elementares Gas ist Wasserstoff und ein Beispiel für ein Verbundgas ist Kohlendioxid.

Ein Gasgemisch enthält eine Mischung aus einem der oben genannten Typen, zum Beispiel Luft, die zu 78% aus Stickstoff, 20% Sauerstoff und 2% Argon und Kohlendioxid besteht.

Giftgase wurden im Ersten Weltkrieg als chemische Waffen eingesetzt, später aber verboten. Erdgas ist ein natürliches Gemisch aus Methan und anderen Gasen.

Eine Illustration der zufälligen Art und Weise, wie sich Gasmoleküle bewegen, ohne aneinander gebunden zu sein.

Physikalische Merkmale

Alle Gase können fließen, wie Flüssigkeiten. Das heißt, die Moleküle bewegen sich unabhängig voneinander. Die meisten Gase sind farblos, wie Wasserstoff. Die Gasteilchen breiten sich aus oder diffundieren, so dass sie den gesamten Raum in einem Behälter wie einer Flasche oder einem Raum ausfüllen. Im Vergleich zu Flüssigkeiten und Feststoffen haben Gase eine sehr geringe Dichte und Viskosität. Wir können die meisten Gase nicht direkt sehen, da sie nicht farbig sind. Es ist jedoch möglich, ihre Dichte, ihr Volumen, ihre Temperatur und ihren Druck zu messen.

Druck

Druck ist das Maß dafür, wie viel Druckkraft etwas auf ein anderes Objekt ausübt. Bei einem Gas ist dies normalerweise das Gas, das auf den Behälter des Objekts drückt, oder, wenn das Gas schwer ist, etwas im Inneren des Gases. Der Druck wird in Pascal gemessen. Aufgrund des dritten Newton'schen Gesetzes können wir den Druck eines Gases ändern, indem wir auf den Gegenstand, der es enthält, Kraft ausüben. Wenn zum Beispiel eine Flasche mit Luft im Inneren zusammengedrückt wird, wird die darin befindliche Luft unter Druck gesetzt (es entsteht mehr Druck).

Wenn über Gas gesprochen wird, bezieht sich der Druck oft auf den Behälter. Viel Gas in einem kleinen Behälter hätte einen sehr hohen Druck. Eine kleine Menge eines Gases in einem großen Behälter hätte einen niedrigen Druck. Gas kann selbst Druck erzeugen, wenn viel davon vorhanden ist. Das Gewicht des Gases erzeugt Druck auf alles, was sich darunter befindet, auch auf anderes Gas. Auf einem Planeten nennt man dies atmosphärischen Druck.

Temperatur

Die Temperatur eines Gases gibt an, wie heiß oder kalt es ist. In der Physik wird sie normalerweise in Kelvin gemessen, obwohl anderswo eher Grad Celsius verwendet werden. In einem Gas hängt die durchschnittliche Geschwindigkeit (wie schnell sie sich bewegen) der Moleküle von der Temperatur ab. Je schneller sich die Gasmoleküle bewegen, desto mehr stoßen sie zusammen oder prallen ineinander. Bei diesen Zusammenstößen wird Energie freigesetzt, die in einem Gas in Form von Wärme entsteht. Umgekehrt, wenn die Temperatur um das Gas heißer wird, wandeln die Gasteilchen die thermische Energie in kinetische Energie um, wodurch sie sich schneller bewegen und das Gas heißer wird.

Zustandsänderungen

Ein Gas kann zwei verschiedene Zustandsänderungen durchlaufen. Wenn die Temperatur niedrig genug ist, kann das Gas kondensieren und sich in eine Flüssigkeit verwandeln. Manchmal, wenn die Temperatur niedrig genug ist, kann es durch Ablagerung gehen, wo es sich direkt in einen Feststoff verwandelt. Normalerweise muss ein Gas zuerst zu einer Flüssigkeit kondensieren und dann zu einem Feststoff erstarren, aber wenn die Temperatur sehr niedrig ist, kann es die Flüssigphase überspringen und sofort fest werden. Frost auf dem Boden im Winter wird dadurch verursacht. Wasserdampf (ein Gas) geht in die Luft, die sehr kalt ist, und wird durch Ablagerung sofort zu Eis.

Fragen und Antworten

F: Was ist ein Gas?

A: Ein Gas ist einer der vier Aggregatzustände der Materie, in dem sich die Moleküle frei bewegen und nicht aneinander gebunden sind.

F: Wie unterscheiden sich die Moleküle in einem Gas von denen in einer Flüssigkeit?

A: In einem Gas sind die Moleküle nicht miteinander verbunden, während in einer Flüssigkeit die Moleküle lose miteinander verbunden sind oder einander berühren.

F: Wie unterscheiden sich die Moleküle in einem Gas von denen in einem Festkörper?

A: In einem Gas sind die Molekülbindungen schwach, während sie in einem Festkörper stark sind und die Moleküle in einer Form zusammenhalten.

F: Hat ein Gas nur ein Volumen wie eine Flüssigkeit oder ein Festkörper?

A: Nein, im Gegensatz zu einer Flüssigkeit oder einem Feststoff kann sich ein Gas ausdehnen, bis es den Behälter, in dem es sich befindet, ausfüllt.

F: Welche verschiedenen Arten von Gasmolekülen gibt es?

A: Es gibt reine Gase mit einzelnen Atomen, elementare Gase, bei denen mehr als ein Atom aneinander gebunden ist, und zusammengesetzte Gase, bei denen viele verschiedene Atome zusammenkommen.

F: Können Sie ein Beispiel für ein monoatomares Gas nennen?

A: Ja, ein Beispiel für ein einatomiges Gas ist Neon.

F: Was ist ein Gasgemisch?

A: Ein Gasgemisch besteht aus einer Mischung der oben genannten Gase, wie z.B. Luft, die zu 87% aus Stickstoff, zu 0,2% aus Sauerstoff, zu 13,7% aus Argon und in Spuren aus Kohlendioxid besteht.