Die Gaskonstante (dargestellt durch den Buchstaben R), auch als ideale Gaskonstante bekannt, ist eine Funktion des Drucks (P), des Volumens (V), der Temperatur (T) und der Mole eines Gases (n) in einem stöchiometrischen Gleichung. Die Gleichung PV = nRT ist als ideales Gasgesetz bekannt. Der Wert von R kann gefunden werden, indem die Gleichung umgestellt wird, um R = (PV) / (nT) zu lesen. Mit anderen Worten, die Gaskonstante ist der Druck des Gases multipliziert mit seinem Volumen, geteilt durch die Molzahl des Gases multipliziert mit seiner Temperatur in Kelvin.
Ideale Gase sind hypothetisch – sie gehorchen strikt allen einfachen Gasgesetzen und haben ein molares Volumen von 22.4141 Litern bei Standardtemperatur und -druck (STP), das sind 273 Kelvin, 1 Atmosphäre. Bei STP verhalten sich die meisten Gase jedoch wie ideale Gase, daher beträgt der Wert von R im Allgemeinen 0.0821 L atm / mol K oder 8.3145 J / mol K. Zum Beispiel kann das ideale Gasgesetz und die Gaskonstante verwendet werden, um den Druck zu finden von 0.508 Mol Sauerstoff in einem 15-Liter-Behälter bei 303 Kelvin. Volumen, Temperatur und Molzahl sind bekannt.
P = (nRT) / V = (0.508 mol x 0.0821 l atm x 303 K) / 15.0 l mol K = 0.842 atm
Die Dinge ändern sich, wenn ein Gas eine niedrige Temperatur oder einen hohen Druck hat. Unter diesen Bedingungen bewegen sich die Gasmoleküle enger und langsamer zusammen, sodass zwischenmolekulare Kräfte, die als van der Waals bezeichnet werden, dazu führen, dass der gemessene Druck niedriger ist als erwartet. Wenn die Moleküle näher beieinander liegen, nimmt auch das Volumen der eigentlichen Moleküle einen größeren Anteil am Gesamtvolumen des Gases ein.
Um das Verhalten realer Gase zu kompensieren, kommt die Van-der-Waals-Gleichung ins Spiel. Der Ausdruck (n2a) / V2 kompensiert die intermolekularen Anziehungskräfte und der Ausdruck nb kompensiert das Volumen der Gasmoleküle. Zusammen bilden diese Terme die Van-der-Waals-Gleichung:
[P + (n2a) / V2] x (V-nb) = nRT
Die Ausdrücke n2a und nb werden Van-der-Waals-Konstanten genannt und müssen experimentell bestimmt werden. Die Van-der-Waals-Gleichung ist nur erforderlich, wenn das Gas eine hohe Temperatur oder einen niedrigen Druck hat. Wenn das Gas Raumtemperatur oder darüber und einen Druck von weniger als einigen Atmosphären hat, würde das ideale Gasgesetz gelten.