Redlich-Kwong-Zustandsgleichung

Die Redlich-Kwong-Zustandsgleichung ist eine Zustandsgleichung für reale Gase, die 1949 von Otto Redlich und Joseph Neng Shun Kwong gefunden wurde. Sie verbessert die Van-der-Waals-Gleichung nur unwesentlich, ist jedoch aufgrund ihrer vergleichsweise einfachen Form auch heute noch von Interesse.

Kritische Isotherme (T_r = 1) nach dem Redlich-Kwong-Modell, verglichen mit Van-der-Waals-Gas und idealem Gas

Weiterentwicklungen sind die Soave-Redlich-Kwong-Zustandsgleichung und die PSRK-Zustandsgleichung.

Formulierung

Die Redlich-Kwong-Zustandsgleichung lautet:

${\begin{aligned}RT&=\left(p+{\frac {a}{{\sqrt {T}}V_{\mathrm {m} }(V_{\mathrm {m} }+b)}}\right)\cdot \left(V_{\mathrm {m} }-b\right)\\\Leftrightarrow p&={\frac {RT}{V_{\mathrm {m} }-b}}-{\frac {a}{{\sqrt {T}}V_{\mathrm {m} }\left(V_{\mathrm {m} }+b\right)}}\end{aligned}}$

mit

• Kohäsionsdruck $a={\frac {0{,}42748R^{2}T_{\mathrm {c} }^{2{,}5}}{p_{\mathrm {c} }}}$
• Kovolumen $b={\frac {0{,}08664RT_{\mathrm {c} }}{p_{\mathrm {c} }}}$
• $V_{\mathrm {m} }$ – molares Volumen
• $T$ – Temperatur
• $T_{\mathrm {c} }$ – kritische Temperatur
• $p$ – Druck
• $p_{\mathrm {c} }$ – kritischer Druck
• $R$ – universelle Gaskonstante.

Mit den reduzierten Zustandsgrößen $\textstyle \ p_{\mathrm {r} }={\frac {p}{p_{\text{c}}}}\ ,\ V_{\mathrm {r} }={\frac {V_{\text{m}}}{V_{\text{m,c}}}}\ ,\ T_{\mathrm {r} }={\frac {T}{T_{\text{c}}}}$ lässt sich die Zustandsgleichung in der reduzierten Form schreiben:

$p_{\mathrm {r} }={\frac {3T_{\mathrm {r} }}{V_{\mathrm {r} }-b'}}-{\frac {1}{b'{\sqrt {T_{\mathrm {r} }}}V_{\mathrm {r} }\left(V_{\mathrm {r} }+b'\right)}}$

mit $b'={\sqrt[{3}]{2}}-1\approx 0{,}26$.

Anwendungsbereich

Die Redlich-Kwong-Gleichung eignet sich für die Berechnung in Gasphasen, wenn das Verhältnis von Druck zu kritischem Druck kleiner ist als die Hälfte des Verhältnisses von Temperatur zu kritischer Temperatur.:

${\frac {p}{p_{\mathrm {c} }}}<0{,}5\cdot {\frac {T}{T_{\mathrm {c} }}}$

Gleichbedeutend: der reduzierte Druck darf maximal die halbe Größe der reduzierten Temperatur $T_{\mathrm {r} }$ besitzen:

$\Leftrightarrow p_{\mathrm {r} }<0{,}5\cdot T_{\mathrm {r} }$

Eine schlechte Näherung zeigt sich für flüssige Phasen, weshalb die Gleichung nicht für Gas-Flüssigkeits-Gleichgewichte herangezogen werden kann. Dieser Nachteil kann jedoch durch die separate Nutzung besser angepasster Gleichungen ausgeglichen werden.

Literatur

• Otto Redlich, J. N. S. Kwong: On the Thermodynamics of Solutions. V. An Equation of State. Fugacities of Gaseous Solutions. In: Chemical Reviews. Band 44, Nr. 1, 1949, S. 233–244, doi:10.1021/cr60137a013.