Frage von Fedovic, 47

Wieso gibt es keine heterogenen Gemische die aus zwei gasförmigen Komponenten zusammengesetzt sind?

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 18

Es gibt schon heterogene Gasgemische, z.B. in Gaszentrifugen. Oder wenn in einem Raum Wasserstoff austritt, sammelt sich der zunächst unter der Decke, weil Wasserstoff leichter als Luft ist. Auch wenn Gase stark unterschiedliche Temperaturen haben, können sie in einem heterogenen Gemisch auftreten. Was es allerdings nicht gibt, sind stabile ideale Gasgemische, die heterogen sind. Allerdings vermute ich, dass es dir nicht auf diese Spitzfindigkeit ankommt.

Hat man ein heterogenes Gasgemisch in einem geschlossenen System ohne Materie- oder Energieaustausch mit der Umgebung, wird ein heterogenes Gasgemisch im Laufe der Zeit zwangsläufig zu einem homogenen Gemisch, denn nur ein homogenes Gemisch befindet sich in einem Gleichgewichtszustand. Das liegt daran, dass die Durchmischung von idealen Gasen gemäß zweitem Hauptsatz der Thermodynamik ein irreversibler Vorgang ist.  Dieser 2. HS sagt aus, dass in einem geschlossenen adiabaten System die Entropie niemals abnehmen kann.

Bei der Durchmischung sowie gegebenenfalls einem Druck- und Temperaturausgleich nimmt die Entropie aber immer zu. Zum Beispiel beträgt die Zunahme der spezifischen Entropie beim Mischen der Atemluft aus den einzelnen reinen Komponenten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur ∆s(m) = 0,1626 J / (kg * K).

Gemäß 2. HS strebt jedes geschlossene System dem Thermodynamischen Gleichgewicht zu, welches durch die maximale Entropie gekennzeichnet ist. Da die Entropie beim Mischen steigt, ist das der natürliche Vorgang, der von alleine abläuft.

Das Gas kann sich auch nicht mehr selbständig entmischen, denn das würde eine Abnahme der Entropie bedeuten. Das aber verbietet der 2. HS.


Expertenantwort
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 14

Die Erdatmosphäre ist ein heterogenes Gemisch oberhalb etwa der Kármán-Linie ("Weltraumgrenze"), ab der es keine Turbulenz mehr gibt. Je höher man kommt, um so größer wird der relative Anteil der leichteren Gase.

Der Grund dafür ist das Schwerkraftfeld, über das die Atmosphäre mit der Erde Energie austauscht. (Vgl. das Beschleunigungsfeld der Gaszentrifugen, die Hamburger2 erwähnt hat.)

https://de.wikipedia.org/wiki/Homosph%C3%A4re_und_Heterosph%C3%A4re

Kommentar von Franz1957 ,

Die Gravitation ist nicht abschirmbar. Sie wirkt auch im Inneren jedes noch so gut wärmeisolierten Behälters. Das bedeutet, daß auch eine perfekte Thermosflasche nur näherungsweise das energiedichte, thermodynamisch abgeschlossene System sein kann, als das sie in der Tabelle hier eingeordnet ist:

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Thermodyn._Systeme.jpg

In einer perfekten Thermosflasche von einigen Kilometern Größe, in der nur ein paar Millipascal Druck herrschen, fände eine ebensolche Entmischung statt wie draußen in der Heterosphäre.

Antwort
von Mikromenzer, 29

Weil alles im Universum, Unordnung anstrebt.

Entropie

Kommentar von SlowPhil ,

Das ist keine Antwort. Das Prinzip, dass jedes abgeschlossene System den Zustand maximaler Entropie (das Wort ist mit »Unordnung« nur sehr grob wiedergegeben), anstrebt, ist universell und gilt auch für Flüssigkeiten, doch das hindert die keineswegs daran, heterogene Gemenge zu bilden.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 6

Das kann man sich klar machen, wenn man sich überlegt, dass in einem Gas die Moleküle - je nach Druck, natürlich, so etwa 'ne Zehnerpotenz mehr Abstand voneinander haben als in einer Flüssigkeit - was zu einer etwa tausendfach geringeren Dichte führt, aber darauf kommt es hier nicht an.

Wechselwirkungen zwischen Atomen oder Molekülen einer »Sorte«, die bei Flüssigkeiten  dazu führen, dass gleichartige Flüssigkeiten einander anziehen und dabei andere ausschließen, was zu verschiedenen Phasen führt, kommen in Gasen normalerweise einfach nicht zum Tragen.

Gravitationsbedingte »unterschiedliche Phasen« würde ich hier nicht unbedingt als Phasen im Sinne eines heterogenen Gasgemischs deuten.

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community