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Dampfdruckkurve und Phasendiagramm von Wasser

Diagramme:Die Dampfdruckkurven (p-V-Diagramm) und das Phasendiagramm (p-T-Diagramm) von Wasser werden gegenübergestellt.Erhitzt man Wasser bei atmosphärischem Normaldruck auf 100 °C, so entsteht Dampf. Wie wirkt sich aber eine Erhöhung oder Absenkung des Drucks auf die Verdampfungstemperatur aus?Die Antwort geben die Dampfdruckkurve (T-Kurven im p-V-Diagramm links) und das Phasendiagramm (p-T-Diagramm rechts) des Wassers. Dampfdruck nennt man den Druck, bei dem Gas und Flüssigkeit im Gleichgewicht miteinander stehen, d. h., es verdampfen ebenso viele Moleküle wie auch wieder kondensieren. Oberhalb der kritischen Temperatur (Zahlenwerte sind angegeben) ist das Wasser, egal bei welchem Druck, immer gasförmig und es kann als reales Gas behandelt werden (Van-der-Waals-Gleichung, Formel ist angegeben). Unterhalb der kritischen Temperatur gibt es zu jeder Temperatur einen Dampfdruck, für den ein Zweiphasengebiet (flüssig und gasförmig) vorliegt. Im Bereich der flüssigen Phase kann man an der steilen Steigung der Kurven erkennen, das flüssige Substanzen kaum kompressibel sind. Die kritische Temperatur darf nicht verwechselt werden mit der Temperatur des Tripelpunkts (siehe p-T-Diagramm). Er kennzeichnet die Werte von Temperatur und Druck, bei der alle Phasen (fest - flüssig - gasförmig) gleichzeitig vorliegen. Hinweise und Ideen:Bei welcher Temperatur kocht Wasser auf dem Mount Everest? Sog. “Dampfdrucktabellen” geben Aufschluss darüber. Interessant wäre auch der Hinweis auf die Phasenwandlungspunkte als Haltepunkte der Temperatur. Beim Phasenübergang von flüssig nach gasförmig führt die zugeführte Energie zunächst nicht zur Temperaturerhöhung. Ebenso beim Schmelzen von Eis. Erst wenn alles Wasser verdampft bzw. geschmolzen ist, steigt die Temperatur weiter.


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Phase diagram of water

Diagram:
A P-T diagram for pure water. The lines indicate the temperature and the pressure at which the solid, liquid, and vapor phases exist in equilibrium. All three phases exist in equilibrium only at the triple point; otherwise, there are a maximum of two phases.

In addition to the equilibrium curves (melting pressure curve, sublimation curve, vapor pressure curve), the diagram also includes the pressure and temperature data for the melting, boiling, triple, and critical points.
Attention: The axes of the diagram are not shown true to scale.

Information and ideas:
This diagram also reflects the density anomaly of water (lower density in the solid state than in the liquid state): The melting pressure curve shows a negative slope. The reason for the density anomaly is the hydrogen bonds.

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Phasendiagramm von Wasser

Diagramm:p-T-Diagramm des reinen Wassers. Die Linien geben an, bei welcher Temperatur und welchem Druck die Phasen fest, flüssig und gasförmig miteinander im Gleichgewicht stehen. Nur am Tripelpunkt sind alle drei Phasen im Gleichgewicht, sonst sind es maximal zwei.Das Diagramm enthält neben den Gleichgewichtskurven (Schmelzdruckkurve, Sublimationskurve, Dampfdruckkurve) auch die Druck- und Temperaturangaben für Schmelz-, Siede-, Tripel- und kritischen Punkt.Achtung: Die Achsen des Diagramms sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.Hinweise und Ideen:In diesem Diagramm spiegelt sich auch die Dichte-Anomalie des Wassers (im festen Zustand niedrigere Dichte als im flüssigen Zustand) wider: Die Schmelzdruckkurve weist eine negative Steigung auf. Grund für die Dichte-Anomalie sind die Wasserstoffbrückenbindungen.


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Steam pressure curve and phase diagram of water

Charts:
The steam pressure curves (p-V diagram) and the phase diagram (p-T diagram) of water are compared.

If you heat water to 100 °C at normal atmospheric pressure, it turns into steam. But what effect does raising or lowering the pressure have on the vaporization temperature?
The answer to this is given by the steam pressure curve (T-curves in the p-V diagram on the left) and the phase diagram (p-T diagram of the right) of the water. Steam pressure is the term for the pressure at which gas and liquid are in equilibrium, i.e. the same number of molecules evaporate as condense back into water. Above the critical temperature (numerical values are given) the water is always gaseous, regardless at what temperature, and it can be treated as a real gas (Van der Waals equation, formula is given). At every temperature below the critical temperature there is a steam pressure for which there is a two-phase zone (liquid and gaseous). In the liquid phase range it is possible to recognize from the steep rise in the curves that liquid substances are barely compressible.
The critical temperature must not be confused with the triple point temperature (see p-T diagram). This characterizes the values of temperature and pressure at which all phases (solid, liquid and gaseous) are present simultaneously.

Information and ideas:
At what temperature does water boil on Mount Everest? So-called "Steam pressure tables" provide information about this. It would also be interesting to refer to the phase transition points as temperature critical points. At the phase transition from liquid to gaseous the energy applied does not initially lead to an increase in temperature. The same applies to the melting of ice. Not until all the water has evaporated or melted does the temperature rise further.