Gasgemisch

Gasgemische sind Gase aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen.

Das bekannteste und häufigste Gasgemisch ist die Luft in der Erdatmosphäre. Gasgemische sind immer homogene Stoffgemische.

Gemischeigenschaften

Die Stoffwerte von Gasgemischen können näherungsweise aus den Stoffwerten der einzelnen Komponenten durch Interpolation und Mischungsregeln berechnet werden. Im Folgenden bezeichnet M_i die Molare Masse, x_i den Stoffmengenanteil und w_i den Massenanteil der i-ten Spezies (Bestandteil) des Gasgemisches.

Für ideale Gemische gelten folgende Beziehungen:

Mittlere Molare Masse:
$M=\sum_i x_i M_i = \left( \sum_i w_i / M_i \right) ^{-1}$

Massenanteil:
$w_i = \frac{x_i M_i}{M}$

Dichte:
$\rho(T)= \left( \sum_i w_i / \rho_i(T) \right) ^{-1}$ (s. Gesetz von Amagat)

Spezifische Enthalpie:
$h(T) = \sum_i w_i \cdot h_i(T)$

Spezifische Wärme:
$c(T) = \sum_i w_i \cdot c_i(T)$

Spezifische Entropie:
$s(T) = \sum_i w_i \cdot s_i(T) + R \cdot \sum_i \frac{w_i}{M_i}\cdot \ln \left( \frac{M_i}{M w_i} \right)$

Diffusionskoeffizient:
$D_{im} = \frac{1-x_i}{\sum_j x_j/D_{ij}}$

D_ij ist der Diffusionskoeffizient der Spezies i in der Komponente j

D_im der Diffusionskoeffizient der Spezies i in der Mischung.

Viskosität η und Wärmeleitfähigkeit λ:
$\eta (T) = \sum_i \frac{x_i \eta_i (T)}{\sum_j x_j \Phi_{ij}(T)}$

$\lambda (T) = \sum_i \frac{x_i \lambda_i (T)}{\sum_j x_j \Phi_{ij}(T)}$ (Mischungsformel nach Wassiljewa^[1])

Die Korrekturfaktoren Φ_ij(T) ergeben sich nach Mason und Saxena^[2] aus den Viskositätskoeffizienten η_i(T) und den Molaren Massen M_i der Bestandteile:

$\Phi_{ij}(T) = \frac{1}{2 \sqrt{2}} \left( 1 + \frac{M_i}{M_j} \right) ^{-1/2} \cdot \left[ 1 + \left( \frac{\eta_i(T)}{\eta_j(T)} \right)^{1/2} \cdot \left( \frac{M_j}{M_i} \right)^{1/4} \right]^2$

Adiabatenexponent
Der Adiabatenexponent κ eines idealen Gasgemischs ergibt sich aus den Adiabatenexponenten κ_i der einzelnen Komponenten:

$\kappa = \frac{\sum_i \frac{x_i \cdot \kappa_i}{\kappa_i-1}}{\sum_i \frac{x_i}{\kappa_i-1}}$

Gasmischanlagen

Technische Gasgemische werden mit Hilfe von Gasmischanlagen (Gasmischstation, Gasmischsystem) aus Einzelgasen oder Gasgemischen erzeugt. Gasmischanlagen werden z. B. in der Biotechnologie verwendet um Gasgemische zur Begasung von Fermentern zu erzeugen. Durch die geregelte Beimischung vom CO₂ kann z. B. der pH-Wert des Mediums geregelt werden.

Beispiele für Gasgemische mit technischer Anwendung

• Formiergas
• Schutzgas

Literatur

1. ↑ VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC): VDI-Wärmeatlas; 6. Auflage, VDI-Verlag, Düsseldorf 1991
2. ↑ Mason, E.A., u. S. C. Saxena: Phys. Fluids 1 (1958), 361

Weblinks

Berechnung der Wärmeleitfähigkeit von Gasgemischen mit verbesserten Wechselwirkungs-Koeffizienten, S.22 Gasmischanlage