4.1.4 Reale Gase 

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4.2 Flüssiger Zustand

In Gasen ist der Quotient aus dem freien Volumen und dem Teilchendurchmesser sehr groß. Erhöhung des Druckes oder Erniedrigung der Temperatur verringert das Verhältnis „freies Volumen / Teilchendurchmesser" bis die intermolekularen Energien (van der Waals - Kräfte) größer sind als die kinetische Energie der Gasmoleküle (s.o.). Das Gas verflüssigt sich. Die Moleküle sind in ihrer Bewegung durch Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und durch Elektronenabstoßung gehemmt. Die Bewegungsenergie der Moleküle ist allerdings noch so groß, dass es nicht zu starren Molekülanordnungen (Festkörper) kommt.

Moleküle in Flüssigkeiten gleiten aneinander vorbei.

Ihrer Bewegung ist ein Widerstand durch van der Waals-Kräfte entgegengesetzt. Flüssigkeiten verhalten sich viskos.

Geringe Viskosität kann man auch bei Gasen beobachten, z.B. im Windwiderstand. Viskoses Verhalten bei Festkörpern ist z. B. bei der bleibenden Verformung von Werkstücken und Gegenständen durch nieten, biegen oder durch Zug erkennbar.

Die Viskosität ist eine Funktion des Werkstoffes, seines Aggregatzustandes, der Temperatur und des Druckes.

4.2.1 Oberflächenspannung

Die intermolekularen Kräfte innerhalb einer Flüssigkeit richten sich nach allen Seiten gleichmäßig aus. Die Vektorsumme der Kräfte ist Null. An der Flüssigkeitsoberfläche ist die Kraftsumme der Anziehungskräfte in die Flüssigkeit hineingerichtet. Die damit verbundenen Effekte fasst man unter dem Begriff Oberflächenspannung zusammen.

Die Oberflächenspannung erklärt die definierte Grenzschicht zwischen Gasen und einer Flüssigkeit.

 

4.2.2  Verdampfung

Wird die Oberflächenspannung durch kinetische Energie der Flüssigkeitsmoleküle überwunden, verdampft die Substanz. Die Wärmemenge, die notwendig ist, um einen Stoff zu verdampfen ist die Verdampfungswärme.

Wie bei der Reaktionswärme ist der Wärmeinhalt eines Stoffes bei konstantem Druck die Enthalpie H des Stoffes. Die Wärmemenge, die notwendig ist, um 1 Mol vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen, ist die

D Hb ist für einen großen Teil chemischer Verbindungen in Tabellenwerken gelistet. Die molare Verdampfungsenthalpie entspricht in ihrem Wert der molaren Kondensationsenthalpie, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen.

Die Verdampfungsenthalpie ist druck- und temperaturabhängig. Am kritischen Punkt einer Substanz erreicht sie den Wert Null.

Die Größenordnung der Verdampfungsenthalpie am Siedepunkt einer Substanz lässt sich mit der Trouton-Regel abschätzen: Der Quotient Verdampfungsenthalpie am Siedepunkt durch die Siedetemperatur ist für unpolare Flüssigkeiten eine Konstante.

Den Quotienten D Hb/Tb bezeichnet man als die 

Unterhalb des Siedepunktes Tb gehen bereits Moleküle einer Substanz in den Gaszustand über; die Flüssigkeit hat einen Dampfdruck.

Das Temperatur - Druckverhalten einer Flüssigkeit beschreibt die Dampfdruckkurve.

Der normale Siedepunkt einer Flüssigkeit ist ihre Siedetemperatur bei 101,3 kPa.

Dampfdruckkurven(1013 mbar = 101,3 kPa):

t

4.2.3  Molare Wärmekapazität von Stoffen

Stoff Temperatur in oC cp in J*mol-1*K-1 c=cp in cV
Wasserstoff 25 28,87 1,4
Stickstoff 25 29,04 1,4
Sauerstoff 25 29,16 1,4
Chlor 25 34,06
Kohlenmonoxid 25 29,16
Kohlendioxid 25 37,49
Methan 25 35,98
Ethan,C2H6 25 53,18
Ammoniak 25 36,11
Wasser 100 (g) 24,77 1,32
  25 (l) 75,23
  0 (l) 75,86
  -2,2 (s) 37,78
  -34 (s) 33,30

 

Zur Erklärung: Energie- bzw. Enthalpiediagramm des Wassers:
t

 

4.2.4  Druck-Temperaturbeziehung einfacher Moleküle - Phasendiagramme

Wasser:

 

Kohlenstoffdioxid:

         -100           -78,5   -56,6  -50                           0               31,1         50 T °C

   4.3 Festkörper 

© Prof. Dr. M. Häberlein in FH Frankfurt a. M., Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften