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Wie können Sie aber für einen bestimmten Stoff darstellen, wie er sich bei Änderung von Druck und Temperatur verhält? Sie merken vermutlich schon, wie wichtig das ist. Sie wollen doch wissen, wann der Alkohol verdampft, damit Sie ihn rein gewinnen können!

Zur Darstellung können Sie sich sogenannter Phasendiagramme bedienen. In Phasendiagrammen wird die Abhängigkeit des Aggregatzustands (oder des enger gefassten Begriffs der Phase) von verschiedenen Einflussgrößen gezeigt. Das Phasendiagramm ist ein Hilfsmittel für die Veranschaulichung von Zuständen und den zugehörigen Phasen.

Die Aggregatzustände reiner Stoffe lassen sich im p,T-Diagramm veranschaulichen. Abbildung 2.2 zeigt ein solches Phasendiagramm. Aufgetragen ist der Druck p über der Temperatur T.

Abbildung 2.2 Allgemeine Form eines Phasendiagramms

Die Aggregatzustände sind durch die Linien (Kurven)

 Dampfdrucklinie zwischen gasförmigem und flüssigem Zustand,

 Schmelzdrucklinie zwischen flüssigem und festem Zustand sowie

 Sublimationsdrucklinie zwischen gasförmigem und festem Zustand

getrennt. Die drei Linien schneiden sich im für jeden Stoff charakteristischen Tripelpunkt: Gas, Flüssigkeit und Feststoff stehen hier miteinander im Gleichgewicht. Die Dampfdrucklinie endet im kritischen Punkt, oberhalb dessen keine klare Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit mehr möglich ist, da die Dichten sich einander annähern.

Anbei finden Sie einige Beispiele für den kritischen Punkt:

 Helium: 1,96 bar, –268 °C,

 Wasserstoff: 12,75 bar, –240 °C,

 Stickstoff: 33,34 bar, –147 °C,

 Sauerstoff: 49 bar, –119 °C,

 Kohlenstoffdioxid: 73,55 bar, 31 °C,

 Ammoniak: 116,7 bar, 132 °C,

 Wasser: 220,6 bar, 374 °C.

Das Phasendiagramm gibt Ihnen Auskunft, welchen Aggregatzustand ein Stoff bei bekanntem Druck und bekannter Temperatur einnimmt. Außerdem können Sie ablesen, was passiert, wenn Sie Druck oder Temperatur ändern.

Die Phasenübergänge zwischen den drei Aggregatzuständen sind in Abbildung 2.3 gezeigt. Es gilt:

 Erstarren: Phasenübergang flüssig-fest,

 Schmelzen: Phasenübergang fest-flüssig,

 Verdampfen: Phasenübergang flüssig-gasförmig,

 Kondensieren: Phasenübergang gasförmig-flüssig,

 Sublimieren: Phasenübergang fest-gasförmig,

 Resublimieren: Phasenübergang gasförmig-fest.

Abbildung 2.3 Übergänge zwischen den drei Aggregatzuständen

Beispielhaft zeigt Abbildung 2.4 das p,T-Diagramm für Wasser. Der Tripelpunkt liegt bei T = 273,16 K, p = 0,061 · 10⁵ Pa. Hier stehen Eis, Wasser und Wasserdampf miteinander im Gleichgewicht. Der kritische Punkt, oberhalb dessen keine klare Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit mehr möglich ist, befindet sich bei T = 647,1 K, p = 220,6 · 10⁵ Pa, also bei verhältnismäßig hohen Werten. Sie wissen, dass Wasser bei einem Druck von 1 · 10⁵ Pa bei 373,15 K siedet. Dieser Punkt liegt genau auf der Dampfdrucklinie. Auf der Dampfdrucklinie liegen alle Siedepunkte des Wassers. Oder anders ausgedrückt: wenn Sie bei einem bestimmten Druck auf die Siedelinie gehen, können Sie die entsprechende Siedetemperatur ablesen.

Die Anomalie des Wassers sorgt dafür, dass die Schmelzdrucklinie leicht nach links gekippt ist, was bei Stoffen ohne diese Anomalie nicht der Fall ist (sehen Sie sich hierzu Abbildung 2.2 an).

Abbildung 2.4 p,T-Diagramm für Wasser