Lernziele
- Beschreiben Sie das Phasendiagramm für Wasser.
- Bestimmen Sie die kritische Temperatur.
- Bestimmen Sie den kritischen Druck.
Beispiele
Wie kann man Schneebälle herstellen?
Um die besten Schneebälle herzustellen, braucht man einen speziellen Schnee. Dieser Schnee muss ein wenig feucht sein, damit die Partikel zusammenkleben. Trockener Schnee kann fest gepresst werden und wird Schneebälle bilden, weil der höhere Druck die Schneeflocken etwas zum Schmelzen bringt. Wenn man jedoch den Druck ablässt, geht der Schnee wieder in eine festere Form über und die Flocken kleben nicht mehr zusammen.
Phasendiagramm für Wasser
Wasser ist in vielerlei Hinsicht eine einzigartige Substanz. Eine dieser besonderen Eigenschaften ist die Tatsache, dass festes Wasser (Eis) knapp oberhalb des Gefrierpunktes eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser. Das Phasendiagramm für Wasser ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Abbildung 13.26
Phasendiagramm für Wasser.
Beachten Sie einen wichtigen Unterschied zwischen dem allgemeinen Phasendiagramm und dem Phasendiagramm für Wasser. Im Diagramm für Wasser ist die Steigung der Linie zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand negativ und nicht positiv. Der Grund dafür ist, dass Wasser eine ungewöhnliche Substanz ist, da sein fester Zustand eine geringere Dichte hat als der flüssige Zustand. Eis schwimmt in flüssigem Wasser. Daher hat eine Druckänderung die entgegengesetzte Wirkung auf diese beiden Phasen. Wenn sich Eis relativ nahe an seinem Schmelzpunkt befindet, kann es durch die Anwendung von Druck in flüssiges Wasser umgewandelt werden. Die Wassermoleküle sind in der flüssigen Phase tatsächlich näher beieinander als in der festen Phase.
Schauen Sie sich noch einmal das Phasendiagramm von Wasser an (Abbildung oben). Beachten Sie den Punkt E, der als kritischer Punkt bezeichnet wird. Was bedeutet das? Bei 373,99 °C bewegen sich die Wasserteilchen in der Gasphase sehr, sehr schnell. Bei jeder höheren Temperatur kann die Gasphase nicht mehr verflüssigt werden, egal wie viel Druck auf das Gas ausgeübt wird. Der kritische Druck (P c ) ist der Druck, der auf das Gas bei der kritischen Temperatur ausgeübt werden muss, um es in eine Flüssigkeit zu verwandeln. Für Wasser ist der kritische Druck mit 217,75 atm sehr hoch. Der kritische Punkt ist der Schnittpunkt der kritischen Temperatur und des kritischen Drucks.
Key Takeaways
Zusammenfassung
- Festes Wasser hat knapp über dem Gefrierpunkt eine geringere Dichte als flüssiges Wasser.
- Die kritische Temperatur (T c ) eines Stoffes ist die höchste Temperatur, bei der der Stoff möglicherweise als Flüssigkeit existieren kann.
- Der kritische Druck (P c ) ist der Druck, der auf das Gas bei der kritischen Temperatur ausgeübt werden muss, um es in eine Flüssigkeit zu verwandeln.
- Der kritische Punkt ist der Schnittpunkt der kritischen Temperatur und des kritischen Drucks.
Übungen
Praxis
Fragen
Lesen Sie den Abschnitt des Materials unter dem unten stehenden Link, der sich speziell mit Wasser beschäftigt:
http://www.chemguide.co.uk/physical/phaseeqia/phasediags.html
- Warum wird der Schmelzpunkt von Eis bei höheren Drücken niedriger?
- Kann man Dampf zu einer Flüssigkeit komprimieren, wenn die Temperatur über 374°C liegt?
- Was ist der kritische Druck von Wasser?
Übungen
Wiederholung
Fragen
- Was passiert mit festem Eis unter hohem Druck nahe dem Gefrierpunkt?
- Was ist die kritische Temperatur?
- Was ist der kritische Druck?
Glossar
- Kritischer Punkt: Der Schnittpunkt der kritischen Temperatur und des kritischen Drucks.
- Kritischer Druck: Der Druck, der bei der kritischen Temperatur auf das Gas ausgeübt werden muss, um es in eine Flüssigkeit zu verwandeln.
- Kritische Temperatur: Die höchste Temperatur, bei der der Stoff möglicherweise als Flüssigkeit existieren kann.