Qualitative Schmelz-, Sublimations- und Sättigungsdampfdruckkurve bis zum kritischen Punkt; die Sonde kennzeichnet die Phase.
Zum Modell
Das Phasendiagramm des Wassers in der P–T-Ebene: Schmelz-, Sublimations- und Sättigungsdampfdruckkurve bis zum kritischen Punkt trennen die Gebiete Eis, Flüssigkeit und Dampf. Die Sonde zeigt, in welches Gebiet der gewählte Punkt (P, T) fällt. Die Kurven sind schematisch, keine IAPWS-Tafeln: metastabile Verlängerungen, Eis-Polymorphe außer dem gewöhnlichen Ih und Verschiebungen durch gelöste Stoffe fehlen. Der Übergang über die Schmelz- oder Sublimationskurve ist die Koexistenz zweier Phasen; am kritischen Punkt hören Flüssigkeit und Dampf auf, unterscheidbar zu sein. Die negative Steigung der Schmelzkurve des Wassers und der Tripelpunkt sind die zentralen Lehrpunkte des Diagramms.
Für wen: Allgemeine Chemie und Einführung in die physikalische Chemie: Phasengleichgewichte des Wassers.
Wichtige Begriffe
phasendiagramm
tripelpunkt
kritischer punkt
sättigungsdampfdruck
schmelzkurve
sublimation
So funktioniert es
In der P–T-Ebene sind Schmelz-, Sublimations- und Sättigungsdampfdruckkurve bis zum kritischen Punkt gezeichnet; die Gebiete heißen Eis, Flüssigkeit und Dampf. Die Sonde (P, T) kennzeichnet die Phase. Die Schmelzkurve des Wassers hat negative Steigung (Clapeyron-Gleichung: Eis ist leichter als die Flüssigkeit). Das Diagramm ist qualitativ, keine IAPWS-Tafeln.
Wichtige Gleichungen
Clapeyron: dP/dT = ΔS/ΔV — water expands on freezing (ΔV < 0) ⇒ negative dP/dT along fusion.
Häufige Fragen
Warum ist die Schmelzkurve des Wassers „falsch herum“ geneigt?
Gewöhnliches Eis ist weniger dicht als flüssiges Wasser, daher begünstigt steigender Druck die Flüssigkeit und senkt die Schmelztemperatur — negatives dP/dT längs der Schmelze nach der Clapeyron-Gleichung. Bei den meisten Stoffen ist die Steigung positiv.
Was geschieht im kritischen Punkt?
Die Dichten von Flüssigkeit und Dampf werden gleich, der Meniskus verschwindet; oberhalb der kritischen Temperatur lässt sich die Flüssigkeit nicht allein durch Druck erzeugen. Der kritische Punkt ist hier schematisch — genaue T_c und P_c stehen in den Sättigungsdampftafeln.
Kann man aus dieser Karte genaue Siedetemperaturen ablesen?
Nur qualitativ. Die Dampfdruckkurve zeigt den Trend der Siedetemperatur mit dem Druck, die Linie ist aber eine Lehrskizze. Für technische Zahlen braucht man Sättigungsdampftafeln oder eine geprüfte Zustandsgleichung.