dampfförmigen Zustand übergeht und so von der flüssigen Phase Wasser getrennt werden kann.
Jetzt ahnen Sie schon, wie eine Phase definiert ist:
Homogen bedeutet, dass die physikalischen Größen sich in einer Phase nicht sprunghaft ändern. Schauen Sie sich die Dichte an: innerhalb einer Phase ändert sich die Dichte nicht. Stoßen aber zwei Phasen aneinander, wie beispielsweise Gas und Flüssigkeit, so ändert sich die Dichte an der Phasengrenze sprunghaft. Die Dichte einer Flüssigkeit ist etwa 1000-mal so groß wie die des Gases.
Phasen kommen als
feste,
flüssige oder
gasförmige
Aggregatzustände vor. Eine Phase kann als
reine Phase oder als
Mischphase
vorliegen.
Homogene und heterogene Gemische
In der Verfahrenstechnik werden häufig Stoffgemische getrennt. Sie müssen dabei unterscheiden zwischen
homogenen und
heterogenen
Gemischen.
Ein homogenes Gemisch besteht aus einer Phase, normalerweise einer Mischphase. Ein heterogenes Gemisch ist dagegen ein Mehrphasensystem.
Nebel (gasförmig/flüssig),
Rauch (gasförmig/fest, kennt jeder Raucher),
Schaum (flüssig/gasförmig, besonders beliebt bei Biertrinkern, wenn sie nicht gerade aus England kommen),
Suspensionen (flüssig/fest, wenn Sie beim Bier bleiben, ist das die feste Hefe im Hefeweizen).
Abbildung 2.1 verdeutlicht den Zusammenhang. Links sehen Sie die homogene Mischphase Luft, die aus den gasförmigen Komponenten Stickstoff und Sauerstoff besteht. Als Beispiel für ein heterogenes Stoffgemisch sehen Sie rechts Luft, in der sich Feststoffpartikel befinden. Heterogene Gemische bestehen daher immer aus mehreren Phasen, während homogene Gemische aus nur einer Phase bestehen.
Abbildung 2.1 Homogene und heterogene Gemische
Grundlegende Überlegungen zu Aggregatzuständen
»Zustände sind das hier!« Wer kennt diesen Ausruf nicht. Wir Verfahrenstechniker wissen, was damit gemeint ist: der Aggregatzustand.
Das hört sich sehr vernünftig an. Aber wie wissen Sie denn, welchen Aggregatzustand ein bestimmter Stoff einnimmt? Der Aggregatzustand ist abhängig von dem Stoff, den Sie betrachten. Außerdem ist er temperatur- und druckabhängig. Ändern Sie den Druck oder die Temperatur, kann sich der Aggregatzustand eines Stoffs ändern.
Phasendiagramm
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.
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
