Dampfdruck

In einem geschlossenen System treten Kondensation und Verdampfung im Dampf-Flüssig-Gleichgewicht mit der gleichen Geschwindigkeit auf, ohne dass sich die Massen der beiden Phasen netto ändern.

Der Partialdruck, den die Gasphase im dynamischen Gleichgewicht mit ihrer Flüssigkeit ausübt, wird als Dampfdruck bezeichnet. Je mehr Moleküle sich in der Dampfphase befinden, desto höher ist der Dampfdruck.

Der Dampfdruck spiegelt also die Tendenz von flüssigen Molekülen wider, bei einer bestimmten Temperatur in die Dampfphase zu entweichen. Es ist eine messbare Größe, die von intermolekularen Kräften gesteuert wird.

Die Volatilität beschreibt diese Tendenz qualitativ, basierend auf den Dampfdrücken von Flüssigkeiten, die unter gleichen Bedingungen gehalten werden.

Vergleichen Sie zum Beispiel Hexan und Wasser, das bei gleicher Temperatur gehalten wird. Da Hexan schwache Dispersionskräfte aufweist und Wasser starke Wasserstoffbrückenbindungen aufweist, verdampft Hexan leichter als Wasser.

In einem geschlossenen Gleichgewichtssystem hat Hexan einen höheren Dampfdruck als Wasser: Hexan ist flüchtig, während Wasser nicht flüchtig ist.

Die Verteilung der thermischen Energien in der flüssigen Phase ist eine Funktion der Temperatur. Das Erhitzen einer Flüssigkeit erhöht ihre Temperatur, was darauf hindeutet, dass die Moleküle höhere thermische Energien haben, was zu einer höheren Verdampfungsrate und einem höheren Dampfdruck führt.

Wenn der Dampfdruck dem Außendruck entspricht, beginnt die Flüssigkeit zu sieden, und die Temperatur, bei der dies geschieht, wird als Siedepunkt der Flüssigkeit bezeichnet.

Der normale Siedepunkt einer Flüssigkeit ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck der Flüssigkeit 1 atm beträgt. Bei einem anderen Außendruck siedet die Flüssigkeit jedoch bei einer Temperatur, die sich von ihrem normalen Siedepunkt unterscheidet.

Auf normaler Meereshöhe zum Beispiel, wo der atmosphärische Druck 1 atm beträgt, siedet Wasser bei 100 °C. In einer höheren Höhe – wo der atmosphärische Druck weniger als 1 atm beträgt – benötigt die Dampfphase weniger Moleküle, um dem niedrigeren Außendruck zu entsprechen. Dies erklärt, warum Wasser bei einer niedrigeren Temperatur kocht.

In einem Schnellkochtopf erfordert der höhere äußere Druck mehr Dampfphasenmoleküle, wodurch das Wasser eine höhere Temperatur haben muss, um zu kochen.