Verfahrenstechnik für Dummies. Burkhard Lohrengel
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Stickstoff: –196 °C,
Sauerstoff: –183 °C,
Methan: –162 °C,
Chlor: –34 °C,
Methanol: 64,7 °C,
Ethanol: 78,3 °C,
Wasser: 100 °C,
Schwefelsäure: 290 °C,
Schwefel: 445 °C,
Aluminium: 2470 °C.
Siedepunktverschiebung
Den Siedepunkt einer reinen Flüssigkeit können Sie verschieben. Dazu benötigen Sie weniger Kraft, als wenn Sie Ihr Sofa verschieben wollen. Zur Siedepunktverschiebung müssen Sie bloß schwerer lösliche oder unlösliche Stoffe in die Flüssigkeit geben. Wird eine nichtflüchtige Substanz in einer Flüssigkeit gelöst, sinkt der Dampfdruck. Dieser Vorgang wird als Dampfdruckerniedrigung bezeichnet. Sinkender Dampfdruck bedeutet, dass weniger Dampf aus der Flüssigkeit entweicht, der Siedepunkt verschiebt sich dadurch zu höheren Temperaturen.
Ist das Wasser salzgesättigt, liegt der Siedepunkt bei 108 °C. Das werden Sie Ihren Geschmacksnerven aber auch kaum zumuten wollen.
Gefrierpunktserniedrigung
Die Zugabe von Salz zu Wasser hat noch weitere Auswirkungen: die Wassermoleküle werden auch daran gehindert, bei 0 °C Eiskristalle zu bilden. Die Salzlösung gefriert erst bei wesentlich niedrigeren Temperaturen. Daher wird im Winter Salz gestreut, um die Straßen und Gehwege von Eis und Schnee zu befreien. Das Streusalz spaltet sich in positiv geladene Natrium (Na+)- und negativ geladene Chloridionen (Cl–) auf. Um die Chloridionen zu binden, docken die Wassermoleküle mit ihrer positiv geladenen Seite (H+) hieran an. Die Natriumionen (Na+) werden von den negativen Sauerstoffionen des Wassers (O2–) gebunden. Dieser Vorgang bewirkt, dass die Natrium- und Chloridionen kontinuierlich Wassermoleküle aus dem Eiskristall herauslösen. So wird die Kristallbildung gestört, das Eis taut und es entsteht eine Salzlösung, der Gefrierpunkt des Wassers sinkt.
Dampfdruckkurve
Sie haben bemerkt, dass der Phasenübergang flüssig zu gasförmig in der Technik von besonderer Bedeutung ist. Daher ist es sinnvoll, diesen Phasenübergang möglichst einfach darzustellen. Hierzu dient die Dampfdruckkurve.
Darstellung der Dampfdruckkurve
Die Dampfdruckkurve wird normalerweise in einem Druck-Temperatur-Diagramm aufgetragen, wie Sie dies in Abbildung 2.19 sehen. Werden beide Achsen logarithmisch unterteilt, wird die Dampfdruckkurve zu einer Geraden. Auf der Dampfdruckkurve liegen die Siedepunkte der betrachteten Flüssigkeit. Die Siedetemperatur ist vom verdampfenden Stoff abhängig. Sie erkennen, dass Alkohol (Ethanol, C2H5OH) bei einem festgelegten Druck früher siedet als Wasser, Tetrachlorethan (C2H2Cl4) hat einen höheren Siedepunkt.
Der Übergang von der flüssigen zur gasförmigen Phase erfolgt am Siedepunkt. Da eine Flüssigkeit siedet, wenn ihr Dampfdruck gleich dem vorherrschenden Umgebungsdruck ist, ist die Siedetemperatur vom Druck abhängig, wie Abbildung 2.19 verdeutlicht. Je höher der Druck ist, desto höher ist auch der Siedepunkt. Wenn Sie den Druck erniedrigen, beginnt eine Flüssigkeit früher zu sieden.
Abbildung 2.19 Dampfdruckkurven von Wasser, Ethylalkohol (C2H5OH) und Tetrachlorethan (C2H2Cl4)
Auf dem Mt. Everest haben Sie das Gegenteil eines Schnellkochtopfs, in dem ja bei hohem Druck gearbeitet wird, damit die Siedetemperatur steigt und Ihre Kartoffeln in wesentlich kürzerer Zeit gar sind als bei Umgebungsdruck!