Wärmelehre - gilligan-online

7.4.4 Schmelzdruckkurve
Die Schmelzdruckkurve p f ( T ) ist die Gleichgewichtskurve zwischen der festen und
der flüssigen Phase. Die Gleichgewichtskurve gibt denjenigen Druck an, der erforderlich
ist, um eine Flüssigkeit bei vorgegebener Temperatur in die feste Phase zu überführen.
Üblicherweise hat die Schmelzdruckkurve eine positive Steigung, weil im
Normalfall für eine Substanz die Dichte der flüssigen Phase kleiner ist als die Dichte
der festen Phase.
Auf den äußeren Zwang der Druckerhöhung rücken die Moleküle näher zusammen,
es tritt Erstarrung ein.
Das schematisch gezeichnete Beispiel des H 2 O (Abb. 7-04) ist eine Ausnahme. Die
Steigung der Schmelzdruckkurve pf
( T ) ist negativ! Bei H 2 O ist die Packung der
Moleküle in der Flüssigkeit dichter als in der festen Phase. Die Dichte von Eis ist
kleiner als die von Wasser. Deshalb schwimmen Eisberge (die ’Titanic’ lässt grüßen).
Weitere Substanzen, für die beim Schmelzen die Dichte zunimmt, sind Gallium,
Wismut und Germanium.
Die negative Steigung der Schmelzdruckkurve, also
dp
f
< 0
dT
bedeutet, dass mit zunehmendem Druck die Schmelztemperatur abnimmt. Dies erklärt
z. B. das Vergnügen des Schlittschuhlaufes und die Regelation des Eises.
Die Schmelzdruckkurve verläuft fast parallel zur p-Achse. Deshalb unterscheiden
sich für die meisten Substanzen die Tripelpunkttemperatur und die Schmelztemperatur
bei Normaldruck nur wenig. Für H 2 O gilt
• Tripelpunkttemperatur T tr = 273,16 K bei ptr
= 6,1 hPa
• Schmelztemperatur T s = 273,15 K bei pn
= 1,013 bar
7.4.5 Sublimationsdruckkurve
Die Sublimationsdruckkurve p s ( T ) ist die Gleichgewichtskurve 's' zwischen der festen
und der gasförmigen Phase. Die Steigung der Sublimationsdruckkurve ist positiv.
Die Sublimationsdruckkurve existiert zwischen dem absoluten Nullpunkt der KELVIN-
Skala und der Temperatur des Tripelpunktes. Für jeden äußeren Druck, der kleiner
ist als der Tripelpunktsdruck, geht die feste Phase direkt über in die Gasphase. Dieser
Übergang erfolgt langsamer als das Verdunsten oder gar Sieden.
Für das in Abb. 7-04 schematisch gezeichnete Beispiel des H 2 O heißt das, dass für
p tr < 6,1 hPa Eis direkt in Wasserdampf übergeht und zwar bei allen Temperaturen
im Intervall 0 < T ≤ 273,16 K . Die Tripelpunktstemperatur des H 2 O ist die höchste
Temperatur, die Eis annehmen kann.
Ein Beispiel für beobachtbare Sublimation ist Kohlenstoffdioxid. Aufgrund des später
(vgl. Abschnitt 7.4.7) zu diskutierenden Phasendiagramms erfolgt für CO 2 bei normalem
Atmosphärendruck Sublimation.
Als weiteres Beispiel sei die Gefriertrocknung des Kaffees erwähnt.
Wärmelehre – Abschnitt 7
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’Stoffe in verschiedenen Phasen’