Kinetische Molekültheorie und Gasgesetze erklären Eigenschaften von Gasmolekülen

Die Beobachtungen verschiedener Gaseigenschaften, wie sie in den verschiedenen abgeleiteten Gesetzen von Boyle, Charles, Gay-Lussac und Avogadro zum Ausdruck kommen stammen im Konzept von der kinetischen Gastheorie ab. Der von einem Gas ausgeübte Druck ergibt sich durch den Aufprall von sich ständig bewegenden Teilchen an den Wänden seines Behälters. Das Verringern des Behältervolumens bei konstanter Molzahl und Temperatur, bringt die Gasteilchen näher zusammen und verkleinert ihren Abstand.

In diesem kleineren Volumen nimmt die Dichte des Gases und die Häufigkeit der Kollisionsfrequenz von Molekül und Wand zu. Daher steigt der Druck, den das Gas ausübt. Die umgekehrte Beziehung zwischen Druck und Volumen ist durch Boyles Gesetz beschrieben.

Hinzufügen weiterer Gasmole in den Behälter bei konstanter Temperatur erhöht die Gasdichte, und damit die Kollisionsfrequenz. Um den anfänglichen Druck aufrechtzuerhalten, muss sich das Volumen ausdehnen. Diese direkte Beziehung zwischen Volumen und Molen ist durch das Avogadro-Gesetz beschrieben.

Bedenken Sie nun, dass die Anzahl der Mole konstant gehalten und die Temperatur erhöht wird. Weil die durchschnittliche kinetische Energie von Gasteilchen mit der Temperatur proportional steigt, kollidieren die Teilchen häufiger und heftiger. Wenn das Volumen konstant gehalten wird, wird die Temperatur erhöht, die Dichte des Gases und die Kollisionsfrequenz steigt, und damit nimmt auch der Druck zu.

Die direkte Beziehung zwischen Druck und Temperatur ist durch das Gesetz von Gay-Lussac beschrieben. Andererseits, wenn der Druck konstant bleibt, zusammen mit einer konstanten Molzahl, dann muss ein Temperaturanstieg mit einer Volumenvergrößerung zur Ausbreitung der Kollisionen über eine größere Fläche begleitet werden. Diese direkte Beziehung zwischen Volumen und Temperatur ist durch das Gesetz von Charles beschrieben.

Schließlich, nach der kinetischen Gastheorie, werden Gasteilchen einander weder anziehen noch abstoßen. In einer Mischung aus verschiedenen Gasen wirken die Komponenten unabhängig und ihr individueller Druck bleibt von der Anwesenheit eines anderen Gases unberührt. Der Gesamtdruck der Mischung ist also die Summe der einzelnen Partialdrücke.

Dies ist das Gesetz von Dalton.