Gasgemisch

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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}}{Mw_{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 $ \eta $ und Wärmeleitfähigkeit $ \lambda $:
$ \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 $ \Phi _{ij}(T) $ ergeben sich nach Mason und Saxena[2] aus den Viskositätskoeffizienten $ \eta _{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 $ \kappa $ eines idealen Gasgemischs ergibt sich aus den Adiabatenexponenten $ \kappa _{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

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