Kaakpunkt

Vun Wikipedia
Wesseln na: Navigatschoon, Söök
Phasendiagramm vun en „normalen“ Stoff un vun Water

De Kaakpunkt vun en Reinstoff is en Poor vun Weerten in sien Phasendiagramm, dat ut de beiden physikaalschen Grötten Sättigungstemperatur un Sättigungsdampdruck an de Phasengrenzlien twüschen Gas un Fletigkeit besteiht. De sett sik also tosamen ut twee Tostandsgrötten, neemlich den Druck un de Temperatur, de bi’n Övergang vun en Stoff vun de fletige in de gasförmige Phaas en Rull speelt.

Ut’n Alldag sünd Kaakvörgäng bekannt un warrt tomeist mit hoge Temperaturen un Hitt verbunnen, man dat Kaken vun en cheemschen Stoff hangt vun sien cheemsch Tohopensetten af. Fletig Suerstoff, Waterstoff oder Stickstoff to’n Bispeel kaakt bi Temperaturen ünner -180°C.

De Kaakpunkt gifft de Bedingen an, de wiel den Phaaswessel vun en Stoff vun de Fletigen na de gasförmige Phaas vörherrschen doot. De Vörgang sülvst warrt as Kaken oder ok as Verdampen betekent. Bi den ümkehrten Vörgang, de Kondensatschoon nöömt waart, gellt – man blots bi Reinstoffen – de glieken Bedingen un de Kaakpunkt is identisch mit den Kondensatschoonspunkt. Bi’t Verdampen vun en Stoffmischen is dat Kaakverhollen aver ännert un man stellt en Kaakrebeet fast an de Steed vun een enkelten Kaakpunkt. Bi’n Phasenövergang vun de fletigen in de gasförmige Phaas ünner den Kaakpunkt snackt man vun Verdunsten.

In de Literatur warrt de Kaaktemperaturen normalerwies bi Normaldruck angeven, dat heet bi 1013,25 hPa. Disse Kaakpunkt warrt ok as Normalkaakpunkt betekent un de angeven Kaaktemperatur as Normalkaaktemperatur. De Begreep Kaakpunkt warrt dorbi faken as Kortform för de Normalkaaktemperatur bruukt un stellt in’n allgemenen Spraakbruuk en Synonym dorför dor. Formal is dat nich richtig, vun wegen dat dat den Kaakpunkt op en eenzig Weertenpoor reduzeert. To’n Bispeel warrt bi en Gaukaakputt utnütt, dat de Kaaktemperatur un de Kaakdruck afhangig sünd. Dör en högeren Druck vun meist een Bar (1000 hPa) kann man de Kaaktemperatur vun’t Water to’n Bispeel vun 100°C op ruchweg 120°C hoochbringen. Beide Temperaturen stellt Kaaktemperaturen dor, man blots bi ünnerscheedliche Drück. 100°C is de Kaaktemperatur ünner Normaldruck un stellt somit de Normalkaaktemperatur dor. De Begrepen to dörmischen is dorüm nich akkerat un schüll beter nich maakt warrn.

Kaakvörgang[ännern | Bornkood ännern]

Hööftartikel: Verdampen

Över un ünner den Kaakpunkt föhrt en Warmmaken vun en Fletigkeit oder Gas blots dorto, dat sien Temperatur anstiegen deit. Dat bedüüdt, dat de rinsteken energie in Bewegensenergie vun de Deelken ümwannelt warrt. Man, wiel den Phasenövergang vun fletig na gasförmig blifft de Temperatur gliek – so lang de Druck nich ännert warrt. Dat heet, dat de rinsteken thermische Energie vullstännig in de Tostandsännern ringeiht.

Wenn en Stoff bi’n Kaakpunkt ankamen is, warrt de wietere rinsteken Energie dorto bruukt, de cheemsch-physikaalschen Wesselwirken twüschen de Deelken to lösen. De Deelken gaht in de Gasphaas över. De Temperatur vun de Stoff kann wiel den Phasenwessel nich anstiegen, vun wegen dat all de thermische Energie för’t Lösen vun de twüschenmolekularen Binnen insett warrt. De Energie de dorför för een Mol vun en Stoff bruukt warrt, warrt ok as Verdampenthalpie betekent un dat Gegenstück dorto, dat nich op en Mengde betogen warrt, heet Verdampwarms. Eerst wenn all Deelken in de Gasphaas sünd, stiggt de Temperatur vun’t System wedder an.

Water, Waterstoffperoxid oder Laugen (as t. B. Natronlaug) ahn Stoffpartikels oder Gasblasen künnt in saubere Fatten ok över’n Kaakpunkt hittmaakt warrn, ahn dat dat to Kaken anfangt. Man, lütte Stören, as to’n Bispeel ’n beten Wackeln, de to’n Dörmischen föhrt, künnt en explosionsordig Splitten vun de Gasphaas utlösen. Dat warrt as Kaakvertog betekent. Vun wegen dissen Effekt warrt in Labors to Fletigkeiten, de de Gefohr vun Kaakvertog bargt, de so nöömten lütten Kaakstenen togeven, de ut Toon oder Bimssteen bestaht, vun den cheemschen Stoff nich angrepen warrt, man dör jemehr poröse Struktur dat Blasenbilln lichter maakt. Dat helpt gegen den Kaakvertog.

Kaakpunktskurve[ännern | Bornkood ännern]

Phasendiagramm vun Kohlenstoffdioxid

All Weerteporen ut Druck un Temperaturen an de Phasengrenzlien twüschen Gas un Fletigkeit in en Phasendiagramm geevt tohopen de Kaakpunktskurve, op de en thermodynaamsch Gliekgewicht herrscht. Man seggt dorto faken ok Kaakkurve, Kaaklien oder Kaakdruckkurve.

De Kurve warrt vun twee Punkten ingrenzt. Dat is to’n een de Tripelpunkt: Liggt dat Poor vun Druck un Temperatur ünner de Tripeltemperatur un den Tripeldruck, kann blots noch en Övergang twüschen de fasten in de gasförmigen Phaas stattfinnen. Man seggt dorto Sublimatschoon oder in’n ümkehrten Fall Resublimatschoon. De annere is de Kritische Punkt: Liggt dat Weertenpoor höger as de kritische Temperatur un den kritischen Druck, denn gifft dat keen Ünnerscheed mehr twüschen de Dicht vun de fletige un de gasförmige Phaas. Dormit künnt de beiden nich mehr dör en Phasengrenzlien scheedt warrn un man betekent den Tostand as överkritisch Fluid.

Dat Gliekgewicht op de Kaakpunktskurve is en dynaamsch Gliekgewicht. Ut en Fletigkeit gaht foortlopen Deelken in de Gasphaas över un verdampt. Op de annern Siet gaht vun’t Gas jümmer ok Deelken in de fletige Phaas un kondenseert. De Proportschoon vun Deelken, de verdampt un Deelken, de kondenseert is dorbi afhangig vun de Temperatur un den Druck: Je höger de Temperatur is, üm so mehr Deelken verdampt, vun wegen jemehr högeren Snelligket na de Maxwell-Boltzmann-Verdelen. Je mehr Deelken verdampt, üm so höger warrt aver ok de Dampdruck un üm so mehr Deelken kondenseert wedder. En Gliekgewicht stellt sik denn in, wenn jüst so veel Deelken in de Gasphaas gaht as ok wedder welke kondenseert. As in dissen Fall de Gasphaas sättigt is, warrt dorto ok Sättigungsdampdruck seggt. Dat thermodynaamsche Gesett, worut sik de Kaakpunktskurve quantitativ afleiden lett, warrt as Clausius-Clapeyron-Glieken betekent. För Water lett sik de Tosamenhang twüschen den Sättigungsdampdruck un de Sättigungstemperatur ok över de Negernglieken vun’n Tyyp vun de Magnus-Formel bestimmen.

Gliekgewichtsännern an’n Bispeel vun Water[ännern | Bornkood ännern]

Wenn een vun en statschonären Tostand utgeiht, hett dat Water en Gliekgewichtstostand mit sien Gasphaas, so as to’n Bispeel bi en Kaakpunkt vun 74°C un en Druck vun 333 hPa. Warrt een vun de Tostandsgrötten vun’t System ännert, löpt dat dorop rut, dat sik de Gliekgewichtslaag verschufft. De jenige Phasenövergang löpt denn starker af, de de Ännern wedder torüchstüert (kiek ok: Prinzip vun’n lüttsten Dwang).

Warrt dat System afköhlt, den is de Dampdruck vun de Gasphaas to hooch. Dat föhrt dorto, dat de Waterdamp so lang kondenseert, bit de Dampdruck den ne’en Gliekgewichtsweert annahmen hett oder keen Waterdamp mehr dor is. In’n ümkehrten Fall, wenn dat System hitter maakt warrt, is de Dampdruck to siet un vun’t fletige Water verdampt so veel, dat de Dampdruck den ne’en högeren Gliekgewichtsweert opwiest oder keen fletig Water mehr dor is.

Man kann ok de Temperatur gliek laten und de Druck ännern. Warrt de Druck hoochsett, ist de Dampdruck wedder to hooch un dat gasförmige Water kondenseert, bit de Dampdruck wedder op 333 hPa rünner gahn oder keen Waterdamp mehr över is. Warrt de Druck dorgegen sieter maakt, is de Dampdruck wedder to siet un dat Water verdampt, bit de Druck wedder herstellt is oder alln’s weg is.

Stoffanhangigkeit vun’n Kaakpunkt[ännern | Bornkood ännern]

De Kaakpunkt is afhangig vun de molaren Massen oder vun de Molekülmasse vun’n Stoff. Dorbi gellt, dat de Kaakpunkt ümso höger is, ümso grötter de molare Masse is. Bi’n Vergliek vun de Reeg HCl (36 g/mol) – HBr (81 g/mol) – HI (128 g/mol) kaan een den Tosamenhang wies warrn: Je grötter de Masse vun en Deelken, ümso mehr kineetsche Energie bruukt dat, üm in de Gasphaas to gahn.

Man, butendem is de Kaakpunkt ok vun de Stärk vun de Binnenkräft afhangig, de twüschen de lüttesten Deelken vun de fletige Phaas wirkt: Ümso duller de Binnenkräft, desto höger is de Kaakpunkt, as de toeerst överwunnen warrn mööt. Dat warrt düütlich bi’n Vergliek vun HF un HCl: In’t fletige Fluorwaterstoff billt de Molekülen Waterstoffbrüchenbinnen ut, wieldat bi’t fletige Chlorwaterstoff de swackeren Dipol-Dipol-Wesselwirken bestimmen doot. Dorüm is bi HF de Kaakpunkt höger, liekers de Masse lütter is. In so een Fall snackt man vun Kaapunktsanomalie.

Noch swacker as de Dipol-Dipol-Binnen sünd de van-der-Waals-Wesselwirken. Ut den Grund hebbt all Waterstoffverbinnen vun de Elementen ut de IV. Hööftgrupp de sietsten Kaakpunkten. De Stärk vun de twüschenmolekularen Binnenkräft hangt ok af vun de Geometrie vun de Molekülen.

Bispelen för Normalkaakpunkten bi Reinstoffen[ännern | Bornkood ännern]

Cheemsch Elementen[ännern | Bornkood ännern]

Minimum Maximum Dörsnitt
Eddelgasen -269 -62 -170,5
Nichmetallen -253 4830 414,1
Halfmetallen 335 3900 1741,5
Metallen 357 5930 2755,9
  • De sietste Normalkaaktemperatur vun all Elementen hett Helium mit -296°C, ofschoonst dat en högere molare Masse hett as de Waterstoff mit en Normalkaaktemperatur vun -253°C. Dat liggt doran, dat dat Waterstoffmolekül wat lichter to polariseeren geiht as Helium un dorüm ok ’n beten starker van-der-Waals-Binnen opboot.
  • De hööchste Normalkaaktemperatur hett Wolfram mit 5555°C.
  • En Gruppenvergliek twüschen Eddelgasen, Nichmetallen, Halfmetallen un Metallen wiest, dat Metallen en düütlich högeren Kaakpunkt hebbt as Nichmetallen, as de Metallbinnen – blangen de Ionen- un Atombinnen – de starkste Binnen dorstellt. Utnahmen dorvun sünd Quecksülver, dat’n ungewöhnlich siete Kaaktemperatur vun blots 357°C opwiest, un Kohlenstoff, dat för en Nichtmetall en ungwöhnlich hoge Kaaktemperatur vun 4827°C hett.

Verbinnen[ännern | Bornkood ännern]

Een vun de sietsten Normalkaakpunkten hett Kohlenstoffmonoxid mit -191,6°C, de hööchsten hebbt Metallcarbiden as Titan-(IV)-carbid (TiC, 4820 °C) un Wolfram-(IV)-carbid (WC, 6000 °C).

En Sünnerheit bargt en Modifikatschoon vun’t Sweveltrioxid (SO3). Dor liggt de Normalkaakpunkt mit 44,8°C sieter as de Normalsmöltpunkt vun 62,3°C.

Wenn de kritische Druck ünner den Normaldruck liggt, is dat nich mööglich, en Normalkaaktemperatur antogeven. Üm de Fletigkeit liekers to’n kaken to bringen, mutt de Druck rünner sett warrn. In den Fall mutt to de Kaaktemperatur ok de Kaakdruck mitangeven warrn.

Liggt de Druck vun’n Tripelpunkt över den Normaldruck, warrt an steed vun de Normalkaaktemperatur de Normalsublimatschoonstemperatur angeven oder en Kaaktemperatur bi en högeren Kaakdruck. Swevelhexafluorid SF6 sublimeert to’n Bispeel ünner Normaldruck bi -63°C.

Vele, vör allen makromolekulare orgaansche Verbinnen, verfallt bi’t Hittmaken bevör se bi jemehrn Kaakpunkt sünd. De Twüschenmolekularen Binnen sünd denn starker as de Binnen binnen dat Molekül. Dor kann man keen Kaaktempereatur angeven, blots de Verfallstemperatur. En Bispeel is Swevelsüür, de bi 340°C verfallt, ahn vörher ’n Kaken to warrn.

Homogen Mehrstoffsystemen[ännern | Bornkood ännern]

De Kaakpunkten vun homogene Stoffischen as Legeeren, Gasmischen oder waterige Lösen hebbt annere Kaakpunkten as jemehr Reinstoffen. Un se verhollt sik bivt Kaken ok anners.

Kaakpunkthoochsetten[ännern | Bornkood ännern]

Wenn in en Löösmiddel en Stoff oplöst warrt, denn warrt de Kaakpunkt vu de Mischen höger in Vergliek to dat reine Löösmiddel. In Betog op den Sättigungsdruck snackt een vun’n Lööseffekt. Vereenfackt liggt dat doran, dat de Deelken vun’n lösten Stoff den Övergang vun de Löösmiddeldeelken in de Gasphaas hinnert. Na dat Raoultsch Gesett vun François Marie Raoult (1830-1901) is dat Ünnerscheed ΔTKp proportschonal to de Mengde vun’n oplösten Stoff:

Löösmiddel ebullioskoopsch Konstant
in K · kg / mol
Water 0,51
Phenol 3,04
Etigsüür 3,07
Benzol 2,53
Swevelkohlenstoff 2,37
Kohlenstofftetrachlorid 4,95
Naphthalin 5,8
\Delta T_{\rm Kp} = K_e \cdot b = K \cdot n

Dorbi staht de Formelteken för de nafolgen Physikaalsch Grötten:

  • ΔTKp - Kaakpunktshoochsetten
  • Ke - ebullioskoopsch Konstant
  • b - Molalität vun’n lösten Stoff
  • K - molare Kaakpunktshoochsetten
  • n - Stoffmengde

De Proportschonalitätsfakter is, as dat anklungen is, de ebullioskoopsche Konstant (ok Kaakpunktskonstant KS), also de Ännern vun’n Kaakpunkt vun een Kilogramm Lösen gegenöver dat reine Löösmiddel. De Mengde vun’n löösten Stoff is dorbi een Mol. Dat kann aver ok de molare Kaakpunktshoochsetten wesen, de nich so faken bruukt warrt un nix över de Masse seggt.

So stiggt to’n Bispeel de Kaakpunkt vun een Kilogramm Water üm 0,51 K op 100,51°C, wenn dor binnen een Mol vun jichtenseen Stoff oplöst warrt, so lang de Stoff sik in Water lösen deit un nich flüchtig is. Warrt twee Mol in een Kilogramm Water löst, denn kaakt dat Water eerst bi 101,02°C. Dorbi mutt een aver bedenken, dat Solten in waterige Lösen dissozieert. Kaaksolt verfallt tovn bispeel in de Ionen Na+ un Cl-. De Kaakpunktshoochsetten is (in verdünnte Lösen) dorüm dubbelt so groot as man toeerst annehmen künn.

En praktisch Bispeel: Nudelwater hett en tyypschen Kaaksoltandeel vun 10 g/kg. Bi en Molmasse vun 58,4 g/mol bedüüt dat tosamen mit de even beschreven Verdubbeln 0,34 mol/kg Ionen. Dör den Soltandeel warrt de Kaakpunkt also üm ruchweg 0,17 K ännert.

Dat Raoultsch Gesett gellt blots för „ideale“ Lösen. Dormit sünd Lösen meent, bi de en Stoff blots physikaalsch löst warrt. Bi „nichideale“ Lösen kummt dat bi’t Mischen to energeetsch Vörgäng (Afköhlen oder Opwarmen) de dör den Opbo vun Waterstoffbrüchenbinnen oder dör Protolys tostannen kamt. Dordör gifft dat Afwieken vun’t Raoultsche Gesett. Blots in düchtig starke Verdünnen kann de Formel in’n Negern ok op nichideale Lösen anwennt warrn. Ideale Lösen warrt dorüm ok unendlich verdünnte Lösen nöömt. De Kaakpunkthoochsetten is bito en kolligative Egenschap un hangt dorüm vun de Deelkentall vun’n lösten Stoff af, man nich vun sien Oort. Över en Ümstellen vun de Formel baven kann een de Kaakpunktshoochsetten ok to de Molmassenbestimmen bruukt warrn. Dat warrt ok Ebullioskopie nöömt.

Jüst so afhangig vun de Konzentratschoon vun löste Stoffen is ok de Smöltpunkt, worüm man ok vun’t Smöltpunktrünnersetten snackt. De Grund för disse Effekten is ok en Rünnersetten vun’t cheemsche Potenzial. Deit man de Smöltpunktsrünnersetten un de Kakkpunktshoochstetten tosamen, denn wiest sik ünner’n Streek en Utdehen vun’t thermodynaamsche Tostandsrebeet vun de Fletigkeit tolasten vun de annern Phasen.

Kaakrebeet[ännern | Bornkood ännern]

Warrt en Mischen – d.h. en dör de Entropietowass to beschrieven Gliekverdelensvörgang – hitt, denn fangt se an to kaken, wenn de Temperatur bi de Kaaktemperatur vun den Bestanddeel ankummt, de den sietsten Kaakpunkt hett. Bit Kaken gaht nu vör allen de Deelken vun dissen Bestanddeel in de Gasphaas över, wodör sik aver gliektietig de Tosamensetten vun de mischen ännert. Dat Anwassen vun de Temperatur ennt eerst denn, wenn de Kaaktemperatur vun den Stoff mit den hööchsten Kaakpunkt instellt is. In so een Fall snackt man vun en Kaakrebeet oder Kaakintervall an Steed vun een Kaakpunkt.

De Afhanigkeit vun de Phaas u de Tosamensetten vun Mischen vun de Temperatur warrt in en Kaakdiagramm dorstellt. Dat is denn keen Phasengrenz as en Lien, man as en utdehnt Rebeet.

Bi azeotrope Stoffmischen is bi en sünnere mengdenproportschoon de Kaaktemperatur vun de Mischen höger oder sieter as de Kakktemperatur vun de beiden reinstoff-Komponenten. Bi disse Mischproportschoon gifft dat en Kaakpunkt un keen Kaakrebeet.

Bedüden för Leevwesens[ännern | Bornkood ännern]

Dat Kaakverhollen vun’t Water föhrt ünner de physikaalschen Bedingen op de Eer dorto, dat Water in grote Mengden as Fletigkeit vörkummt. Dat is en wichtige Grundlaag för’t Entwickeln vun Leevwesens.

Bi en sieteren Luftdruck oder högere Temperaturen vun’t Water seeg dat op de Eer anners ut un weer dorto föhren, dat Waterflachen in korte Tiet verdampen deen un dormit ok en wichtige Bedingen förvt Leven överhööft, neemlich dat fletig Water, jümmer weniger antofinnen weer. Bi’n högeren Luftdruck oder sietere Temperaturen künn blots noch veel weniger Water verdampen, womit de Vörrutsetten för Nedderslag, neemlich dat gasförmige water in de Atmosphäär jümmer rorer warrn dee. Dordör geev dat weniger Söötwater.

Anwennen[ännern | Bornkood ännern]

  • Analytsch Chemie: De Kaakpunkt is en spezifisch Stoffegenschap. Reinstoffen laat sik dorüm an jemehrn Kaakpunkt kennen.
  • Destillatschoon oder frakschonerte Destillatschoon: en Methoodto’n Scheden vun Stoffmischen an jemehr ünnerscheedlichen Kaakpunkten vun de enkelten Komponenten.
  • Ebullioskopie: en Methood to’n bestimmen vun molare Massen dör de Kaakpunktshoochsetten. As de Kaakpunktshoochsetten normalerwies lütter utfallt as de Smöltpunktsrünnersetten, warrt de Kryoskopie tomeist lever nahmen.
  • Gaukaakputt: Warrt dat Water in’n luftdicht afslaten Kaakpuut op över 100°C hitt maakt, warrt ok de Kaakdruck vun’t Water höger un dat Eten warrt gauer goor.
  • Hööchmeten: Wieldat de Luftdruck mit de Hööch rünnergeiht, warrt ok de Kaakpunkt wieter. As Fuustregel gellt dorbi: De Kaakpunkt warrt all 300  üm een Grad sieter. So lett sik de Kaaktemperatur nütten, üm de Hööch över’n Seespegel aftoschätzen.

Kiek ok[ännern | Bornkood ännern]

Weblenken[ännern | Bornkood ännern]