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Phasenumwandlung

Verdampfen - Vertiefung

Zwischenmolekulare Kräfte

Für den Übergang von Molekülen in die Gasphase sind die Verhältnisse an der Phasengrenze, der Flüssigkeitsoberfläche, von Bedeutung. Ein Molekül an der Oberfläche unterliegt den Anziehungskräften durch seine Nachbarmoleküle. Die resultierenden Anziehungskräfte zeigen ins Innere der Flüssigkeit.

Abb.1
Kräfte von Molekülen in Flüssigkeiten

Moleküle innerhalb einer Phase sind von allen Seiten von ihresgleichen umgeben: die Kräfte sind ausgeglichen. An der Phasengrenzfläche sind diese Kräfte nicht ausgeglichen. Eine in das Phaseninnere gerichtete Kraft zieht die Moleküle von der Phasenoberfläche in ihr Inneres, wodurch eine Spannung entsteht.

Wenn dieses Molekül in die Gasphase übertreten soll, muss es infolge zufälliger Stöße durch seine Nachbarmoleküle eine so hohe kinetische Energie erhalten, dass die potenzielle Energie der Anziehung überschritten wird.

Abb.2
Übergang von Molekülen in die Gasphase

Schematische Darstellung, von Stößen der Nachbarmoleküle auf ein Molekül an der Oberfläche einer Flüssigkeit und der Austritt des "gestoßenen" Moleküls aus der Flüssigkeit in das Gas.

Geschlossenes System

Befinden sich Flüssigkeit und Gasphase in einem geschlossenen System, findet neben dem Verdampfen auch der umgekehrte Vorgang statt: Gasmoleküle geraten unter den Einfluss der Anziehung durch die Moleküle an der Flüssigkeitsoberfläche und werden eingefangen. In welchem Ausmaß dies stattfindet, hängt von der Konzentration der Moleküle in der Gasphase ab. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, in dem pro Zeiteinheit ebenso viele Moleküle in die Gasphase überwechseln wie in die Flüssigkeit zurückkehren. Man bezeichnet ein derartiges Gleichgewicht als dynamisches Gleichgewicht.

Abb.3

Makroskopisch ist das dynamische Gleichgewicht gekennzeichnet durch eine konstante Dampfkonzentration über der Flüssigkeit, die einem konstanten Druck, der auf die Behälterwand ausgeübt wird, entspricht. Dies ist der (Gleichgewichts-) Dampfdruck der Flüssigkeit.

Weitere Phasengleichgewichte stellen sich zwischen sublimierenden Feststoffen und der Gasphase (Sublimationsgleichgewicht) und zwischen Feststoffen und ihrer Schmelze (Schmelzgleichgewicht) ein.

Offenes System

In einem offenen System, wenn die Flüssigkeit in Verbindung mit der Atmosphäre stehet, schreitet die Verdampfung immer weiter fort. Dieser Prozess wird Verdunstung genannt.

Übungsaufgaben

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