Phasenübergänge: Verdampfung und Kondensation

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

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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.