Gas

Aus AnthroWiki
Wechseln zu: Navigation, Suche

Neben fest und flüssig ist gasförmig einer der drei klassischen Aggregatzustände. Eine Substanz ist dann ein Gas, wenn sich deren Teilchen in großem Abstand voneinander frei bewegen und den verfügbaren Raum gleichmäßig ausfüllen. Zusammen mit den Flüssigkeiten zählen Gase zu den Fluiden.

Im Vergleich zum Festkörper oder zur Flüssigkeit nimmt die gleiche Masse als Gas unter Normalbedingungen den rund tausend- bis zweitausendfachen Raum ein. Anders als Feststoffe und Flüssigkeiten haben Gase das Bestreben, sich im Raum auszubreiten, wodurch sie einen entsprechenden Gasdruck erzeugen. Handelt es sich um ein Gasgemisch, so übt jede Komponente einen entsprechenden Partialdruck aus. Der Gesamtdruck resultiert dann aus der Summe der Teildrucke.

Dampf

Ein Gas, das noch in Kontakt mit der flüssigen bzw. festen Phase steht, aus der es hervorgegangen ist, und insbesondere auch eine Ansammlung feinverteilter Flüssigkeitstropfen in einem Gas wird als Dampf bezeichnet. Dabei bildet sich ein von der Temperatur abhängiger Dampfdruck aus.

Der ebenfalls von der Temperatur abhängige Sättigungsdampfdruck ist jener Druck, bei dem die feste bzw. flüssige Phase mit der Gasphase im thermodynamischen Gleichgewicht steht. Man spricht in diesem Fall von einem gesättigten Dampf. Wird er weiter erhitzt und die feste bzw. flüssige Phase völlig aufgebraucht, so ensteht überhitzter Dampf. Wird dieser unter den Taupunkt bzw. Frostpunkt (bei Wasser: Reifpunkt) abgekühlt, werden Flüssigkeitströpfchen bzw. feste Partikel abgeschieden.

Etymologie

Die Herkunft des Wortes Gas war lange Zeit unklar.[1][2] Zwar war mehr oder weniger bekannt, dass das Wort als Fachbegriff im 17. Jahrhundert durch den flämischen Arzt und Naturforscher Johan Baptista van Helmont († 1644) eingeführt wurde, über die Etymologie bestand jedoch Unsicherheit, und es wurde Herkunft u. a. aus dem Hebräischen, aus niederl. geest („Geist“), aus niederl. gisten („gären“) oder aus deutsch gäsen (bei Paracelsus für „gären“), gäscht („Schaum“ auf gärender Flüssigkeit) vermutet. Die Klärung wurde 1859 durch den Sprachwissenschaftler Matthias de Vries herbeigeführt,[2] der eine Aussage aus van Helmonts Ortus Medicinae (Amsterdam 1648) beibrachte, wonach dieser das Wort speziell für den durch Kälte entstandenen Dunst des Wassers bewusst neugeschaffen und hierbei eine Anlehnung an das griechische, im Niederländischen sehr ähnlich ausgesprochene Wort χάος („Chaos“) bezweckt hatte: „ideo paradoxi licentia, in nominis egestate, halitum illum gas vocavi, non longe a chao veterum secretum“ („In Ermangelung eines Namens habe ich mir die Freiheit zum Ungewöhnlichen genommen, diesen Hauch Gas zu nennen, da er sich vom Chaos der Alten nur wenig unterscheidet.“).

Der Aggregatzustand gasförmig

Die rein phänomenologische Betrachtung zeigt, dass feste Stoffe ihre Form von selbst beibehalten. Flüssigkeiten passen sich der Form eines Gefäßes an, das oben offen sein kann, und bilden dabei oben eine Niveaufläche aus. Gase können nur in einem allseitig geschlossenen Gefäß gehalten werden (Lit.:GA 321, S. 48f).

Zeichnung aus GA 321, S. 48

„Der feste Körper versorgt sich gewissermaßen selbst mit dem, was ich beim gasförmigen zufügen muß: die Wandung von allen Seiten. Nun tritt aber beim Gas etwas Besonderes auf. Wenn Sie ein Gas, statt daß sie es da drinnen haben, in ein kleineres Gefäß einschließen — dieselbe Gasmenge, dadurch daß Sie von allen Seiten die Wand zusammendrücken —, so müssen Sie eben drücken, müssen Druck ausüben.

Zeichnung aus GA 321, S. 58

Das heißt nichts anderes als: Sie müssen den Druck des Gases überwinden. Sie haben es zu tun an den Wänden, die die Formung bilden, mit einem Druck. Wir können also sagen: Ein Gas, welches das Bestreben hat, nach allen Seiten davonzulaufen, das wird durch den Widerstand der Wände zusammengehalten. Dieser Widerstand ist von selbst da, indem ich einen festen Körper habe. So daß ich, indem ich gar nichts theoretisiere, sondern einfach den ganz gewöhnlichen Tatbestand ins Auge fasse, einen polarischen Gegensatz von Gas und festem Körper so definieren kann, daß ich sage: Dasjenige, was ich von außen hinzufügen muß beim Gas, ist beim festen Körper von selber da.“ (Lit.:GA 321, S. 58)

Der Aggregatzustand „gasförmig“ entsteht aus der „festen“ oder „flüssigen“ Form durch Energiezufuhr (Wärme). Für einige Elemente und Verbindungen genügen bereits die Standardbedingungen (Temperatur 20 °C, Druck 101325 Pa), um als Gas vorzuliegen; bei ausreichend hohen Temperaturen wird jedoch jede Materie in den gasförmigen Zustand versetzt. Die dabei zugeführte Energie wird zur Bewegungsenergie der einzelnen Teilchen (je nach Temperatur mit Geschwindigkeiten im Bereich um 500 m/s), was den gasförmigen Zustand mit vollständigem Ausfüllen des vorgegebenen Raumes mit statistischer Gleichverteilung der Gasteilchen bewirkt. Hierbei strebt das Gesamtsystem den Zustand höchster Entropie an (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Dass dies der wahrscheinlichste Zustand ist, kann man auf folgende Weise anschaulich machen: Unterteilt man gedanklich das einem Gas zur Verfügung stehende Volumen in Raumzellen von etwa der Größe eines Moleküls, dann gibt es viel mehr Möglichkeiten, die Moleküle auf die vielen Zellen des ganzen Volumens zu verteilen als auf einen kleinen Bruchteil. Der Makrozustand der raumerfüllenden Verteilung weist die meisten Anordnungsmöglichkeiten (Mikrozustände) für die Teilchen auf und damit auch die höchste Entropie. Die Zahl der Mikrozustände, das statistische Gewicht, kann berechnet werden. Genaueres unter Entropie (Thermodynamik) /Beispiele.

Eigenschaften

Teilchenmodell eines Gases
Siedender Stickstoff in einem Metallbecher (−196 °C)

Bei idealen Gasen ist die freie Beweglichkeit der einzelnen Teilchen entsprechend der kinetischen Gastheorie vollkommen; dieser Zustand wird erst bei hohen Temperaturen gegenüber dem Siedepunkt erreicht (was z. B. für Wasserstoff und Helium bereits bei Zimmertemperatur gilt).

Füllt man ein beliebiges ideales Gas in ein vorgegebenes Volumen, so befindet sich bei gleichem Druck und gleicher Temperatur darin immer die gleiche Anzahl Teilchen (Atome oder Moleküle), d. h. unabhängig von der Masse jedes Teilchens und somit unabhängig von der Art des Gases. Quantitativ ausgedrückt beansprucht bei Normalbedingungen ein Mol (das sind nach Avogadro 6,022 × 1023 Teilchen) jedes beliebigen Gases einen Raum von 22,4 Litern (siehe auch Molares Volumen und Loschmidt-Konstante).

Bei realen Gasen sind noch mehr oder weniger große Anziehungskräfte der Teilchen untereinander wirksam (Van-der-Waals-Kräfte). Der Unterschied ist beim Komprimieren bemerkbar: Gase sind kompressibel, das Volumen idealer Gase ist umgekehrt proportional zum Druck (Zustandsgleichung). Reale Gase weichen von den vorstehend beschriebenen Gesetzmäßigkeiten mehr oder weniger ab.

Gase besitzen auch Eigenschaften von Flüssigkeiten: Sie fließen und widerstehen Deformationen nicht, obgleich sie viskos sind.

Zustandsübergänge

Gaskessel der Stadtwerke Esslingen

Den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand bezeichnet man als Verdampfung (oberhalb des Siedepunktes) oder Verdunstung (unterhalb des Siedepunktes), den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand als Kondensation. Der direkte Übergang vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand ist die Sublimation, der umgekehrte Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand heißt Resublimation.

Lagerung

Um eine möglichst große Menge an Gas in einem Behälter zu speichern, also eine hohe Dichte zu erhalten, wird das Gas stark komprimiert (siehe auch Druckgas). Zwecks hoher Druckbelastbarkeit der Gasbehälter werden meist zylinderförmige oder kugelförmige Druckbehälter (z. B. Gasflaschen) eingesetzt. Gaskessel oder Gasometer sind Niederdruckspeicher mit großem geometrischen Volumen. Aufgrund des geringen Drucks (< 1 bar) ist die gespeicherte Menge aber unbedeutend. Gasversorger speichern das Gas üblicherweise im Leitungsnetz (Gasnetz), indem sie Hochdruckleitungen großer Nennweite einsetzen.

Verwandte Themen

Siehe auch

Literatur

Steiner big.jpg
Literaturangaben zum Werk Rudolf Steiners folgen, wenn nicht anders angegeben, der Rudolf Steiner Gesamtausgabe (GA), Rudolf Steiner Verlag, Dornach/Schweiz
Email: verlag@steinerverlag.com URL: www.steinerverlag.com. Freie Werkausgaben gibt es auf fvn-rs.net, archive.org und im Rudolf Steiner Online Archiv.
Eine textkritische Ausgabe grundlegender Schriften Rudolf Steiners bietet die Kritische Ausgabe (SKA) (Hrsg. Christian Clement): steinerkritischeausgabe.com
Die Rudolf Steiner Ausgaben basieren auf Klartextnachschriften, die dem gesprochenen Wort Rudolf Steiners so nah wie möglich kommen.
Hilfreiche Werkzeuge zur Orientierung in Steiners Gesamtwerk sind Christian Karls kostenlos online verfügbares Handbuch zum Werk Rudolf Steiners und
Urs Schwendeners Nachschlagewerk Anthroposophie unter weitestgehender Verwendung des Originalwortlautes Rudolf Steiners.
Ausführliche bibliografische Informationen mit Volltextsuche in allen derzeit verfügbaren Online-Ausgaben bietet die Steinerdatenbank.de.

Weblinks

Commons-logo.png Commons: Gases - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
 Wiktionary: Gas – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikiquote: Gas – Zitate

Einzelnachweise

  1. Gas. In: Adelung: Grammatisch-kritisches Wörterbuch der Hochdeutschen Mundart. II, 1811 (lexika.digitale-sammlungen.de).
  2. 2,0 2,1 Matthias De Vries: Woordafleidingen. In: De Taalgids. 1, 1859, S. 247–282, hier S. 262–265 (dbnl.org (Memento vom 28. Oktober 2008 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft (bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis)).