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Alt 03.03.2009, 00:34   #14   Druckbare Version zeigen
5gon12eder Männlich
Mitglied
Beiträge: 152
AW: Was passiert beim Sieden?

Zitat:
Zitat von Weenie Beitrag anzeigen
Auch unter dem Siedepunkt verdampft eine Flüssigkeit laufend. Beim destillieren siedet man nur immer, weils am Siedepunkt von z. B. Wasser viel schneller geht als bei 99°C. Die Blasen vergrößern die Oberfläche und ermöglichen eine schnellere Verdampfung. Das ist eigentlich alles.
Also wenn gemeint sein soll, dass das Destillieren einer Mischung der Flüssigkeiten A und B sinnvollerweise bei einem T erfolgt mit der Eigenschaft, dass T > BP(A) (sofern BP(A) < BP(B); BP = Siedepunkt), dann sind die "Blasen" dabei völlig irrelevant.

In einer Flüssigkeit stellt sich in Abhängigkeit von der Temperatur eine Geschwindigkeitsverteilung unter den Flüssigkeitsteilchen ein (siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Boltzmann-Verteilung), wobei



und



Mit T...Mittlere Temperatur des Stoffs; C...Kapazität des Stoffs; E...Thermischer Energieinhalt des Systems; m...Masse eines Teilchens und v...Geschwindigkeit eines Teilchens.

Wie aus der MB-Verteilung ersichtlich, werden einige (wenige) Teilchen auch bei niedrigen Temperaturen hohe Geschwindigkeiten, ergo Energien, erreichen. Ist die Energie eines Teilchens groß genug, um sich aus der Flüssigkeit zu lösen und die Oberfläche zu durchdringen, so verdunstet es.

Bei höheren Temperaturen werden mehr Teilchen diese Energie erreichen und daher mehr Teilchen verdunsten.

Stellt man einen Becher mit der Flüssigkeit in ein (geschlossenes, endlich großes) evakuiertes Gefäß (und hält die Temperatur konstant --> [1]), so wird also in Abhängigkeit von der Temperatur ein gewisser Teil der Teilchen der Flüssigkeit "entfliehen" können. Da die jetzigen Gasteilchen aber früher oder später wieder auf die Flüssigkeitsoberfläche treffen werden, werden sie teilweise auch wieder zurück in die Flüssigkeit gehen. Es wird sich also ein Gleichgewicht zwischen den Phasen einstellen. Der Druck, der dann über der Flüssigkeit herrscht ist der Dampfdruck dieses Stoffes bei der herrschenden Temperatur.

[1] Dadurch, dass die schnellen Teilchen abhauen, während die langsamen dableiben, sinkt natürlich die mittlere Geschwindigkeit der verbliebenen Teilchen und damit die Temperatur der Flüssigkeit ("Verdunstungskälte"). Soll sich die Temp. nicht ändern, muss diese Energie laufend nachgeführt werden.

Erhöht man die Temp. steigt logischerweise auch der Dampfdruck, da der Anteil an schnellen Teilchen zunimmt.

Bei üblichen Bedingungen muss man die Flüssigkeit nicht in einen Exikkator einsperren, sondern es wird sich über der Flüssigkeitsoberfläche eine "Dunstwolke" ausbilden, in der der Partialdruck der Flüssigkeitsmoleküle dem Dampfdruck bei der herrschenden Temp. entspricht. Entfernt man diese Dunstwolke (z.B. durch Fächern, Blasen, etc.), so verunsten neue Teilchen, was einem aus dem Alltag ja bekannt ist.

Aus diesem Grund verdunsten Flüssigleiten normalerweise sehr langsam. (Die Diffusionsgeschwindigkeit von Gasmolekülen bei Standardluftdruck ist eher gering, also ist die Wolke über der Flüssigkeit relativ stabil.) Interessant wird es, wenn man die Temperatur nun soweit erhöht, dass der Dampfdruck über den Atmosphärendruck steigt ( Anm. [2]). Denn jetzt können (sofern wir uns in einem offenen System befinden) niemals so viele Teilchen aus der Flüssigkeit abhauen, dass der Dampfdruck erreicht wird. Damit wird also, sofern die Temperatur konstant gehalten wird, die gesamte Flüssigkeit verdampfen.

[2] Den gleichen Effekt erhält man, wenn man den Umgebungsdruck unter den Dampfdruck bei der herrschenden Temp. absenkt (z.B. Vakuumdestillation).

Die Temperatur der Flüssigkeit kann dabei nie über den Siedepunkt steigen (Anm. [3]), denn das würde bedeuten, dass sich in der Flüssigkeit "zu viele" schnelle Teilchen befinden, was nicht sein kann, da diese abhauen würden. Man kann also eine Flüssigkeit so schnell verdampfen, wie man will, solange man nur die entuogene energie schnell genug nachliefert.

[3] Vom Siedeverzug einmal abgesehen.

Ich hoffe, das Prinzip des Siedens einigermaßen verständlich darstellen gekonnt zu haben.

LG
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