Thermodynamik

Der Dampfdruck ist ein stoff- und temperaturabhängiger Gasdruck. Was du genau unter dem Dampfdruck verstehen kannst und wie du ihn berechnest, erfährst du in diesem Beitrag. %Schau dir auch hier unser kurzes Video dazu an!

Inhaltsübersicht

Was ist Dampfdruck?

Unter dem Begriff „Dampf“ verstehst du in der Chemie eine Mischung aus einem Gas und einer Flüssigkeit. Du kannst von einer solchen Mischung einen sogenannten Gas-Dampfdruck messen.

Chemisch gesehen ist der Dampfdruck gleichzusetzen mit dem Partialdruck eines Gases. Der Dampfdruck ist dabei von der Temperatur und von dem betrachteten Stoff abhängig. Außerdem wird angenommen, dass das Gas im thermodynamischen Gleichgewicht (kein Energie- oder Materialfluss mehr) ist.

Der Dampfdruck ist nicht zu verwechseln mit dem Gasdruck. Denn er beschreibt den Druck des Gases ohne flüssige Phase. 

Dampfdruck Definition

In der Chemie ist der Dampfdruck der Partialdruck eines Gases, das mit seinem festen oder flüssigen Zustand im Gleichgewicht vorliegt. 

Dampfdruck berechnen

Stelle dir vor, du hast eine Mischung mit zwei Stoffen A und B vor dir und beide stehen mit ihrem eigenen Dampf im Gleichgewicht. Dann kannst du den Dampfdruck mit dem Raoult’schen Gesetz berechnen. Das lautet wie folgt: 

p_\textcolor{blue}{A} =x_{\textcolor{blue}{A}} \cdot p^*_\textcolor{blue}{A}

und entsprechend

p_\textcolor{green}{B} =x_{\textcolor{green}{B}} \cdot p^*_\textcolor{green}{B}

Dabei sind pA und pB die Partialdrücke von A und B. Unter den Variablen xA und xB verstehst du die Stoffmengenanteile von Stoff A bzw. B. Die Gleichgewichtsdampfdrücke von A und B drückst du mit p*A / p*B aus. Prinzipiell gibst du den Dampfdruck in der Einheit Pascal (Pa) an. 

Wichtig: Das Gesetz gilt nur für ideale Gase!

Beispiel Dampfdruck berechnen

Schauen wir uns die Berechnung am besten an einem Beispiel an. Wir nehmen dafür die Zusammensetzung der Luft . Zur Vereinfachung betrachten wir nur die zwei größten Komponenten der Luft: Stickstoff (Stoff A) und Sauerstoff (Stoff B).

Zuerst musst du die Stoffmengenanteile von Stickstoff und Sauerstoff berechnen. Dafür brauchst du zunächst die Stoffmenge n der beiden Stoffe. Die bekommst du über die Formel n=\frac{m}{M}. Dabei ist m die Masse deines Stoffes und M seine molare Masse. Du kannst die molare Masse ganz einfach im Periodensystem ablesen. 

Der Stoffmengenanteil für Stickstoff, also Komponente A, ergibt sich dann aus der Stoffmenge von Stickstoff geteilt durch die Stoffmenge von Stickstoff addiert mit der Stoffmenge von Sauerstoff:

x_{\textcolor{blue}{A}}=\frac{n_{\text{Stickstoff}}}{n_{\text{Stickstoff}} + n_{\text{Sauerstoff}}}

Entsprechend bekommst du folgendermaßen den Stoffmengenanteil für Sauerstoff:

x_{\textcolor{green}{B}}=\frac{n_{\text{Sauerstoff}}}{n_{\text{Stickstoff}} + n_{\text{Sauerstoff}}}

Die Gleichgewichtsdampfdrücke p^*_{\textcolor{blue}{A}} und p^*_{\textcolor{green}{B}} hast du meistens angegeben. Dadurch musst du nur noch beide Zahlen in die Formel

p_\textcolor{blue}{A} =x_{\textcolor{blue}{A}} \cdot p^*_\textcolor{blue}{A} bzw. p_\textcolor{green}{B} =x_{\textcolor{green}{B}} \cdot p^*_\textcolor{green}{B} 

einsetzen und erhältst den Partialdruck und somit den Dampfdruck von Sauerstoff und Stickstoff.

Dampfdruck Wasser

Der Dampfdruck von Wasser ist eine kleine Ausnahme. Er ist – wie jeder Dampfdruck – von der Temperatur abhängig. Allerdings berechnest du den Wasser-Dampfdruck etwas anders. Denn der Druck ist hier eine reine Funktion der Temperatur.

Die Abhängigkeit von Druck und Temperatur kannst du mit einer sogenannten Dampfdruckkurve darstellen. Dabei siehst du, dass der Dampfdruck von Wasser mit steigender Temperatur ebenfalls zunimmt.

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Dampfdruckkurve Wasser

 

Die wichtigsten Werte haben wir dir in einer Dampfdrucktabelle von Wasser zusammengefasst:

Temperatur in °C Dampfdruck in Hektopascal (hPa)
0 6,1115
20 23,393
100 1013,3

Der Wasser-Dampfdruck spielt auch eine Rolle, wenn du Wasser zum Kochen bringen möchtest. Denn das Wasser fängt erst an zu sieden, wenn der Dampfdruck von Wasser den Luftdruck in der Umgebung übersteigt. Die Siedetemperatur des Wassers ist also vom Luftdruck abhängig. 

Auch den Dampfdruck von Ethanol kannst du in einer Dampfdruckkurve darstellen. Wenn du die Kurve mit der von Wasser vergleichst, fällt dir auf, dass Ethanol deutlich höhere Dampfdrücke erreicht als Wasser.

Dampfdruck in der Meteorologie

In der Meteorologie wird der Dampfdruck mit dem Partialdruck des Wasserdampfs gleichgesetzt. Da der Begriff in der Meteorologie anders definiert wird, berechnest du den Dampfdruck hier auch mit einer anderen Formel:

e = p<sub>i</sub> \cdot R<sub>i</sub> \cdot T

Mit dem Dampfdruck e, der Dampfdichte pi, der Gaskonstante Ri und der Temperatur T.

Die Einheit ist meistens Hektopascal (hPa). 

Der Dampfdruck ist in der Meteorologie ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt der Luft

Schau dir jetzt unser Grundlagenvideo zur feuchten Luft an und erfahre, was der Dampfdruck mit dem Trocknen deiner Wäsche zu tun hat!

Zum Video: Feuchte Luft - Grundlagen
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