Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 80
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
Wenn ein Gleichgewicht zwischen Verdampfungs- und Kondensationsrate vorliegt, herrscht über der Flüs-
sigkeitsoberfläche der Sättigungsdampfdruck der Flüssigkeit. Diese ist unabhängig vom Volumen, da sich
mit wechselndem Volumen entsprecht die Dampfmenge einstellt.
Der Sättigungsdampfdruck stellt sich in einem abgeschlossenen System ein, da sonst der gebildete Dampf
abtransportiert wird (Verdunstung). Der Sättigungsdampfdruck ist nur von der Temperatur abhängig. Eine
Erhöhung der Temperatur bewirkt eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Moleküle und damit eine höhere
Anzahl von Molekülen, die die Flüssigkeit verlassen können. Der Sättigungsdruck steigt mit wachsender
Temperatur.
Dieses Verhalten wird durch die Dampfdruckkurve beschrieben.
Die Abhängigkeit der Dampfdruckkurve von der Temperatur kann mittels der Clausius-Clapeyronschel For-
mel beschrieben werden:
dpS
=
dT
p
S
ΔH
m, V
D
V , V
m
Fl
m
ΔH
m, V
D Fl ( )
V − V ⋅ T
m
m
Sättigungsdampfdruck
molare Enthalpie der Verdampfungswärme
molare Volumina der flüssigen - und Dampf - Phase
Der Dampfdruck erhöht den Druck, der auf die Oberfläche einwirkt. Es gilt näherungsweise das
Gesetz von Dalton: p = ∑ p
ges i
i
Der Gesamtdruck ist die Summe der Partialdrücke.
Ist der Dampfdruck einer Flüssigkeit gleich dem Druck, der auf die Oberfläche der Flüssigkeit einwirkt, so
bilden sich bereits innerhalb der Flüssigkeit Dampfbläschen: Die Flüssigkeit siedet.
Eine Druckerhöhung auf die Oberfläche führt dazu, dass der Siedepunkt steigt (Dampfkochtopf)
In größeren Höhen sinkt der Atmosphärendruck und Wasser siedet deutlich unterhalb 100 °C.
Fest-Flüssig
Hier gelten dieselben Gesetzmäßigkeiten wie bei der Dampfdruckkurve. Auch hier gilt die Clausius-
Clapeyronschel Formel:
dpf
=
dT
p
f
ΔH
m, V
Fl
V , V
m
ΔH
m, S
Fl Fest ( )
Fest
m
V − V ⋅ T
m
m
Schmelzdruck
molare Enthalpie der Schmelzwärme
molare Volumina der festen und flüssigen Phase
Da sich die Volumina der festen und flüssigen Phase kaum unterscheiden, ist der Anstieg der Kurve sehr
viel steiler.