Materialwissenschaften

Phasendiagramm Wasser

Das Phasendiagramm Wasser ist eines der bekanntesten Druck-Temperatur-Diagramme. Es beinhaltet alle Phasen von H_2O und zeigt sogar eine Anomalie. Außerdem gibt es einen Tripelpunkt und Phasengrenzlinien bei denen Zustände nebeneinander existieren können.

Möchtest du wissen, wie das zu verstehen ist und was es mit der Besonderheit auf sich hat? In unserem Video erfährst du genau das und vieles mehr in unter 5 Minuten.

Inhaltsübersicht

Phasendiagramm Wasser Erklärung

Merke
Bei dem Phasendiagramm Wasser (Zustandsdiagramm Wasser) handelt es sich um eine Analyse der festen, flüssigen, gasförmigen und überkritischen Phase des Reinstoffes H_2O. Diese Zustände werden durch eine Veränderung des Druckes zusammen mit der Temperatur hervorgerufen und in einem p-T-Diagramm festgehalten.

Im so entstehenden Tripelpunkt von Wasser sind alle drei Phasen von Wasser im thermodynamischen Gleichgewicht.

Phasendiagramm Wasser Zustandsdiagramm p-T-Diagramm
direkt ins Video springen
Phasendiagramm Wasser H2O

Aufbau Phasendiagramm Wasser

Wie eingangs erwähnt, wird bei dem Phasendiagramm von Wasser der Druck p, gemessen in Pascal, auf die Temperatur T, bemessen in Kelvin, aufgetragen. Der Druck wird meistens in Hektopascal [hPa] angegeben, was eine geläufige Einheit für die Messung des Luftdrucks in der Atmosphäre ist. Ein Druck von ungefähr 1013,25 hPa gilt auf der Höhe des Meeresspiegels als normal. Bei der Temperatureinheit Kelvin [K] ist es wichtig sich den folgenden Zusammenhang zu merken. Eine Umrechnung von Kelvin auf Grad Celsius ist mit der Konstanten -273,15, die auch als absoluter Nullpunkt definiert ist, wie folgt möglich:

Grad\ Celsius\ =\ Kelvin\ -\ 273,15

Des Weiteren gibt es die drei Aggregatszustände oder auch Phasen. Gasförmig, fest und flüssig, welche sich alle drei in das Zustandsdiagramm Wasser einzeichnen lassen. Ebenfalls werden alle Zustände durch eine extra Kurve, den Phasengrenzlinien voneinander abgegrenzt. Auf so einer Linie existieren zwei Aggregatszustände im thermodynamischen Gleichgewicht. Das bedeutet, dass beide Phasen gleichzeitig vorkommen.

Sublimationskurve Wasser

Die erste Grenzkurve im Phasendiagramm Wasser ist die sogenannte Sublimationskurve. Sie grenzt den gasförmigen von dem festen Aggregatszustand ab. Wird die Linie überschritten so wird Wasserdampf direkt in Eis überführt oder Eis direkt in Dampf. Die flüssige Phase existiert bei diesem Vorgehen nicht. Der Übergang der Zustände wird in der Chemie als Sublimation, beziehungsweise Resublimation bezeichnet und funktioniert bei Wasser vor allem durch eine Erhöhung des Druckes.

Sublimationskurve Sublimieren Resublimieren fest gasförmig Eis Wasserdampf
direkt ins Video springen
Sublimationskurve

Schmelzkurve Wasser

Die nächste Kurve grenzt die feste und flüssige Phase, im p-T-Diagramm von Wasser, ab und wird Schmelzkurve genannt. Der Phasenübergang hier geschieht hauptsächlich durch eine Veränderung der Temperatur. Dabei ist auffällig, dass die Grenzlinie eine negative Steigung hat, was insgesamt nur wenige Stoffe aufweisen können. Eine negative Kurvensteigung bedeutet, dass bei Erhöhung des Druckes auf ein System mit flüssigem Wasser, die erforderliche Temperatur für einen Phasenübergang in den festen Zustand sinkt. Dieser Zusammenhang wird als Anomalie des Wassers bezeichnet und resultiert aus den Wasserstoffbrückenbindungen unter den Molekülen. Des Weiteren sind diese Bindungen dafür verantwortlich, dass Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser hat und daher auf diesem schwimmen kann.

Siedepunktskurve Wasser

Bei dem Sieden handelt es sich im Phasendiagramm Wasser um den Phasenübergang von dem festen in den gasförmigen Zustand. Die Grenzlinie wird daher als Siedepunktskurve benannt. Manchmal verwendet man dagegen das Synonym Dampfdruckkurve für die Linie.

Kritischer Punkt und überkritische Phase von Wasser

Bei einer Temperatur von 647 Kelvin und 221.200 hPa erreicht Wasser seinen kritischen Punkt. Hier endet ebenfalls die Siedepunktskurve und es beginnt eine neue Phase im Zustandsdiagramm Wasser, die als überkritisch bezeichnet wird. In diesem Zustand gibt es keinen eindeutigen Unterschied mehr zwischen dem flüssigen und gasförmigen Aggregatszustand. Dies resultiert aus einem Angleichen der Dichten der beiden Zuständen.

Tripelpunkt Wasser

Ein weiterer besonderer Punkt im Phasendiagramm von Wasser ist der sogenannte Tripelpunkt. Dieser wird auch als Dreiphasenpunkt bezeichnet. Er befindet sich im Schnittpunkt der Sublimation-, Siedepunkts- und Schmelzkurve. Im p-T-Diagramm liegt das bei 273,16K (0,01° Celsius) und 6,1 hPa. Hier sind alle drei Aggregatszustände im thermodynamischen Gleichgewicht miteinander und können koexistieren.

Tripelpunkt Wasser Thermodynamisches Gleichgewicht Sublimationskurve Siedepunktskurve Schmelzkurve überkritischer Bereich
direkt ins Video springen
Tripelpunkt Wasser

Das bedeutet, dass sich das Mengenverhältnis von Wasser in der flüssigen Phase, Dampf und Eis zueinander nicht verändert. Als Folge dessen existieren alle drei Phasen gleichzeitig nebeneinander.


Andere Nutzer halten diese Inhalte aus dem Bereich „Materialwissenschaften“ für besonders klausurrelevant

Hallo, leider nutzt du einen AdBlocker.

Auf Studyflix bieten wir dir kostenlos hochwertige Bildung an. Dies können wir nur durch die Unterstützung unserer Werbepartner tun.

Schalte bitte deinen Adblocker für Studyflix aus oder füge uns zu deinen Ausnahmen hinzu. Das tut dir nicht weh und hilft uns weiter.

Danke!
Dein Studyflix-Team

Wenn du nicht weißt, wie du deinen Adblocker deaktivierst oder Studyflix zu den Ausnahmen hinzufügst, findest du hier eine kurze Anleitung. Bitte lade anschließend die Seite neu.