11.7:

11.7: Phasenübergänge: Verdampfung und Kondensation

Phase Transitions: Vaporization and Condensation

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Phase Transitions: Vaporization and Condensation

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

11.6: Phase Transitions

11.8: Vapor Pressure

17,065 Views

•

02:39 min

•

September 24, 2020

Overview

Die physikalische Form eines Stoffes ändert sich, wenn er seine Temperatur ändert. Wenn Sie beispielsweise die Temperatur einer Flüssigkeit erhöhen, verdampft die Flüssigkeit (in Dampf umgewandelt). Der Prozess wird als Verdampfung bezeichnet – ein Oberflächenphänomen. Die Verdampfung tritt auf, wenn die thermische Bewegung der Moleküle die intermolekularen Kräfte überwindet und die Moleküle (an der Oberfläche) in den gasförmigen Zustand entweichen. Wenn eine Flüssigkeit in einem geschlossenen Behälter verdampft, können Gasmoleküle nicht entweichen. Da sich diese Gasphasenmoleküle zufällig bewegen, kollidieren sie gelegentlich mit der Oberfläche der kondensierten Phase, und in einigen Fällen führen diese Kollisionen dazu, dass die Moleküle wieder in die kondensierte Phase eintreten. Der Übergang von der Gasphase zur Flüssigkeit wird als Kondensation bezeichnet.

Die Verdampfung ist ein endothermer Prozess. Der kühlende Effekt zeigt sich nach dem Schwimmen oder Duschen. Wenn das Wasser auf der Haut verdunstet, entzieht es der Haut Wärme und kühlt die Haut. Die Energieänderung, die mit dem Verdampfungsprozess verbunden ist, ist die Verdampfungsenthalpie, ΔH_vap. Zum Beispiel wird die Verdampfung von Wasser bei Standardtemperatur dargestellt durch:

Die Umkehrung eines endothermen Prozesses ist exotherm. Und so wird bei der Kondensation eines Gases Wärme freigesetzt:

Verdampfung und Kondensation sind gegensätzliche Prozesse, daher sind ihre Enthalpiewerte mit entgegengesetzten Vorzeichen identisch. Während die Verdampfungsenthalpie positiv ist, ist die Kondensationsenthalpie negativ.

Unterschiedliche Substanzen verdampfen in unterschiedlichem Ausmaß (abhängig von der Stärke ihrer IMFs) und weisen daher unterschiedliche Verdampfungsenthalpiewerte auf. Relativ starke intermolekulare Anziehungskräfte zwischen den Molekülen führen zu einer höheren Verdampfungsenthalpie. Schwache intermolekulare Anziehungskräfte stellen ein geringeres Hindernis für die Verdampfung dar, was zu relativ niedrigen Werten der Verdampfungsenthalpien führt.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 10.3: Phasenübergänge.

Transcript

Wenn in einer Flüssigkeit die thermischen Bewegungen der Moleküle die intermolekularen Kräfte überwinden, die sie zusammenhalten, lösen sich die Moleküle und gehen in den gasförmigen Zustand über. Dieser Übergang von flüssig zu gasförmig wird als Verdampfung bezeichnet und kann unter zwei Bedingungen erfolgen: nicht siedend oder siedend.

Im nicht-siedenden Zustand findet die Verdampfung nur an der Oberfläche und unterhalb des Siedepunktes der Flüssigkeit statt. Dies wird als Oberflächenverdampfung bezeichnet und erfolgt ohne die Bildung von Dampfblasen in der Schüttflüssigkeit.

Findet die Verdampfung dagegen am Siedepunkt der Flüssigkeit statt, bilden sich Dampfblasen in der Schüttflüssigkeit, und der Vorgang wird als Sieden bezeichnet. Sieden ist kein Oberflächenphänomen und tritt an allen Stellen im Inneren der Flüssigkeit auf.

Die Verdampfung ist ein temperaturabhängiger endothermer Prozess: Je mehr Wärme zugeführt wird, desto höher ist die Verdampfungsrate.

Die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Mol einer Flüssigkeit zu verdampfen, wird als molare Verdampfungswärme oder molare Verdampfungsenthalpie bezeichnet. Da es sich bei der Verdampfung um einen endothermen Prozess handelt, ist ihr Enthalpiewert immer positiv.

Intermolekulare Kräfte beeinflussen die molare Enthalpie der Verdampfung. Aufgrund des starken Netzwerks von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen benötigt beispielsweise ein Mol Wasser eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie – etwa 40,65 Kilojoule –, um sich in Wasserdampf umzuwandeln.

Zum Vergleich: Die schwächeren Dipol-Dipol-Kräfte zwischen Acetonmolekülen können mit nur 31,3 Kilojoule pro Mol Wärmeenergie überwunden werden.

Die Umkehrung der Verdampfung, also der Übergang von Gas zu Flüssigkeit, wird als Kondensation bezeichnet.

Wenn Gasmoleküle mit kühleren flüssigen oder festen Oberflächen kollidieren, verlieren sie Wärme. Mehrfache Kollisionen führen zu einem erheblichen Wärmeverlust, und die Moleküle kondensieren schließlich. Die Kondensation ist also ein exothermer Prozess.

Obwohl die Kondensationsenthalpie negativ ist, ist ihre Größe die gleiche wie die Verdampfungsenthalpie

.

Wenn die gegensätzlichen Übergänge – Verdampfung und Kondensation – in einem geschlossenen System auftreten, erreicht das System einen Zustand des dynamischen Gleichgewichts, der als Dampf-Flüssig-Gleichgewicht bezeichnet wird.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Phasenübergänge Verdampfung Kondensation Flüssigkeit zu Gas nicht siedend Sieden Oberflächenverdampfung Dampfblasen temperaturabhängiger endothermer Prozess molare Verdampfungswärme molare Verdampfungsenthalpie intermolekulare Kräfte Wasserstoffbrückenbindungen Wärmeenergie Wasserdampf Dipol-Dipol-Kräfte Acetonmoleküle