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|3=Dampfdruck
|4=Sättigungsdampfdruck
|2=September 2023|1=[[Benutzer:Espresso robusta|Espresso robusta]] ([[Benutzer Diskussion:Espresso robusta|Diskussion]]) 15:45, 2. Sep. 2023 (CEST)}}

[[Datei:Liquefied Gas Vapor Pressure Curves.PNG|mini|hochkant=1.3|Dampfdruckkurven von einigen [[Kohlenwasserstoff]]en und [[Stickstoff]] (''„Nitrogen“)''.<ref>Die Einheit der y-Achse ist falsch angegeben. Hier könnte kg/cm2 (veraltet) oder besser 10 N/cm2 bzw. [[Bar (Einheit)|''bar'']] stehen.</ref> Die Kurven enden jeweils am [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|Kritischen Punkt]].
Alle Stoffe außer [[Pentan]] sind bei Zimmertemperatur (und Normaldruck) gasförmig: 
A: Methan siedet bei 1 bar bei −160 °C. 
B: Bei −100 °C entwickelt Methan einen Dampfdruck von 25 bar. 
C: Bei −170 °C (etwa bei Kühlung durch [[Flüssigstickstoff]]) wird Methan bei 1 bar vollständig verflüssigt.]]

Der '''Dampfdruck''' ist der [[Druck (Physik)|Druck]], der sich einstellt, wenn sich in einem [[Abgeschlossenes System|abgeschlossenen System]] ein [[Dampf]] mit der zugehörigen flüssigen [[Phase (Materie)|Phase]] im [[Thermodynamisches Gleichgewicht|thermodynamischen Gleichgewicht]] befindet. Der Dampfdruck nimmt mit steigender Temperatur zu und ist abhängig vom vorliegenden Stoff bzw. Gemisch. Ist in einem [[Offenes System|offenen System]] der Dampfdruck einer Flüssigkeit gleich dem Umgebungsdruck, so beginnt die Flüssigkeit zu [[sieden]].

[[Datei:Dampfdruck.svg|mini|In der Grafik wird schematisch gezeigt, wie Teilchen durch ihren Dampfdruck von der flüssigen Phase in die gasförmige und umgekehrt übergehen. Dabei ist der Anteil der Teilchen, die in die Gasphase übergehen, meist größer, da diese sich im Raum verteilen können.]]

== Erläuterung ==
In einer Flüssigkeit haben die Teilchen bei einer Temperatur über dem [[Absoluter Nullpunkt|absoluten Nullpunkt]] das Bestreben, den Flüssigkeitsverband zu verlassen. Dem entgegen wirken die [[Oberflächenspannung]] und der äußere, auf die Flüssigkeit einwirkende Druck. Die Oberflächenspannung verringert sich mit steigender Temperatur, wodurch der Dampfdruck steigt. Am [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|kritischen Punkt]] ist die Oberflächenspannung Null und der Dampfdruck gleich dem kritischen Druck.

== Definitionen ==
Stoffe können in den drei klassischen [[Aggregatzustand|Aggregatzuständen]] fest, flüssig und gasförmig auftreten. Existiert ein Stoff parallel in gasförmiger und in flüssiger [[Phase (Materie)|Phase]], so wird die Gasphase als [[Dampf]] bezeichnet. Der Dampfdruck ist also der Druck in einem mehrphasigen System.<ref>{{Literatur |Titel=Physikalische Chemie Eine Einführung nach neuem Konzept mit zahlreichen Experimenten |Ort=Wiesbaden |Datum=2011 |ISBN=978-3-8348-9834-0}}</ref>

In einem [[Geschlossenes System|geschlossenen System]] stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase ein. Der [[Partialdruck]] einer Komponente wird dann als Dampfdruck bezeichnet. Um zu betonen, dass sich das Gleichgewicht vollständig eingestellt hat, wird auch vom [[Sättigungsdampfdruck]] gesprochen.

Ist keine flüssige Phase vorhanden, sondern nur eine gasförmige Phase, handelt es sich nicht um einen Dampfdruck, sondern um einen Partialdruck – im Falle nur einer Komponente in der Gasphase ist dieser gleich dem [[Gasdruck]].

Befinden sich verschiedene Stoffe im betrachteten System, so setzt sich der gemessene Druck der Gasphase aus den Partialdrücken der verschiedenen Stoffe zusammen. Bedingung ist, dass sich diese wie [[Ideales Gas|ideale Gase]] verhalten ([[Daltonsches Gesetz]]).

Das Verhältnis des Dampfdrucks eines Stoffs zum Dampfdruck von [[Diethylether]] (dieser bei 20 °C und 65 ± 5 % relativer [[Luftfeuchtigkeit]]) nennt man [[Flüchtigkeit]] des betrachteten Stoffs.

=== Definition im Sinne der Physik ===
In Physik und Chemie bezeichnet der Dampfdruck den [[Partialdruck]] eines Gases (Mehrkomponentensystem), das im thermodynamischen Gleichgewicht mit seiner flüssigen oder festen [[Phase (Materie)|Phase]] steht, er lässt sich über das [[Raoultsches Gesetz|Raoultsche Gesetz]] berechnen. Im Einkomponentensystem wird dieser Druck als Gleichgewichtsdruck bezeichnet.

=== Definition im Sinne der Meteorologie ===
In der [[Meteorologie]] versteht man als Dampfdruck den Partialdruck des Gases (hier in der Regel den [[Wasserdampf]]druck). Der maximale Dampfdruck, der bei Sättigung herrscht, wird identisch zur Definition des Dampfdruckes in der Chemie als [[Sättigungsdampfdruck]] bezeichnet.

== Wasserdampfdruck ==
[[Datei:WasserDampfDichte.png|links|mini|Dichte von flüssigem Wasser (blau) und Wasserdampf (rot) in Abhängigkeit von der Temperatur beim jeweils herrschenden Dampfdruck. Beim Erwärmen von 0 bis 4 °C vergrößert Wasser zunächst seine Dichte [[Anomalie des Wassers|anomal]] von etwa 0,9998 auf 1,000 kg/dm3 und nimmt bei weiterer Erwärmung durch [[Wärmeausdehnung]] bis auf etwa 0,310 kg/dm3 ab. Durch das bei Erwärmung fortschreitend verdampfende Wasser steigt in einem geschlossenen Gefäß zugleich der Druck des über der Flüssigkeit befindlichen Gases progressiv an ''(siehe rote Kurve in der Abbildung rechts)''. Der Dampfdruck über dem Wasser, der [[Sättigungsdampfdruck|Sättigungsdampfdruck]], beträgt bei 0 °C etwa 6 hPa, erreicht bei 10 °C 12,3 hPa<ref>Faustregel für Wasserstrahlpumpe an Kaltwasser von 5–25 °C</ref>, steigt bis 100 °C auf 101,3 kPa (1,013 bar) und bei 374 °C auf 22,1 MPa (221 bar). Unter dieser Druckerhöhung auf das 36-Tausend-Fache steigt die Dichte der Dampfphase auf ebenfalls 0,310 kg/dm3 an. – Hier im [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|kritischen Punkt]] gibt es keine unterschiedlichen Phasen mehr.<ref>Karl Stephan, Franz Mayinger: ''Thermodynamik.'' Band 1: ''Einstoffsysteme. Grundlagen und technische Anwendungen.'' Springer, Berlin/Heidelberg 1998, [[doi:10.1007/978-3-662-13213-5]], ([https://link.springer.com/content/pdf/bbm%3A978-3-662-13213-5%2F1.pdf Anhang: Dampftabellen – Tabelle I. Zustandsgrößen von Wasser und Dampf bei Sättigung (Temperaturtafel)]).</ref>]]
[[Datei:Water vapor pressure graph.svg|mini|Verlauf des Wasserdampfdrucks zwischen −20 und +120 °C]]

[[Datei:Dampfdruck05.png|mini|Dampfdruck von Wasser: Werden Wasser und Wasserdampf in einem geschlossenen Behälter erhitzt, so steigt der Druck mit der Temperatur stark an, und die Eigenschaften von Flüssigkeit und Dampf werden immer ähnlicher, bis am kritischen Punkt bei ''T''c = 373,946 °C und ''p''c = 22,064 MPa Flüssigkeit und Dampf nicht mehr unterscheidbar sind.]]

Existieren Wasser und Wasserdampf im thermodynamischen Gleichgewicht nebeneinander, so ist der Druck eine reine Funktion der Temperatur:

:<math>p=p_\mathrm{s}(T)</math>

Dieser temperaturabhängige und stoffspezifische Druck wird als Dampfdruck und der Graph dieser Funktion als Dampfdruckkurve bezeichnet. Die Dampfdruckkurve endet im kritischen Punkt.

Bei Erhöhung der Temperatur steigen Dampfdruck und Dampfdichte stark an, während die Dichte der Flüssigkeit abnimmt. Die Eigenschaften von Wasser und Dampf werden mit steigender Temperatur immer ähnlicher, bis am [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|kritischen Punkt]] bei ''T'' = ''T''c = 373,946 °C und ''p'' = ''p''c = 22,064 MPa der Unterschied ganz verschwunden ist und nur noch eine einzige Phase existiert. Bei Annäherung an den kritischen Punkt verschwindet die [[Verdampfungsenthalpie]], und es treten starke Dichtefluktuationen auf, erkennbar als kritische [[Opaleszenz]].

=== Praktische Bedeutung ===
[[Datei:Warum kocht Wasser auf dem Berg schneller?.webm|mini|Video: Warum kocht Wasser auf dem Berg schneller? (1:03 min)]]
In einem offenen Topf siedet erhitztes Wasser dann, wenn sein Dampfdruck den Luftdruck der Umgebung übersteigt. Die [[Siedepunkt|Siedetemperatur]] des Wassers ist also vom Luftdruck abhängig und nimmt mit zunehmender Höhe ab. In 2000 m Höhe siedet Wasser bei 93 °C, in 8000 m Höhe bereits bei 74 °C. Diese Temperatur taugt kaum zum Garen von Gemüse oder Fleisch.

Umgekehrt erlaubt ein [[Druckkochtopf]] durch eine gewisse Druckerhöhung das Erreichen von deutlich höheren Temperaturen als 100 °C und damit schnelleres Garen.

Wird andererseits [[Vakuum]] mit einer luftansaugenden [[Wasserstrahlpumpe]] erzeugt, bleibt der Enddruck prinzipiell über dem Wasserdampfdruck des antreibenden Wassers. Kaltwasser von 10 °C hat gemäß [[Faustregel]] gerade etwa 10 [[Torr]] Dampfdruck.

[[Trocknungsmittel]] sind [[hygroskopisch]]; über einer Salzlösung oder [[Ethanol]] herrscht (im Gleichgewicht) geringerer Wasserdampfdruck als über reinem Wasser.

Die physikalischen Gesetze zu Dampfdruck und Verdampfung (Dampfdruckkurve, [[Clausius-Clapeyron-Gleichung]] etc.) wurden zuerst im Zusammenhang mit der [[Dampfmaschine]] untersucht und formuliert. Auch hier gibt es eine Koexistenz von Flüssigkeit und Gas. Man machte sich bei der Dampfmaschine die Tatsache zunutze, dass der Dampfdruck unabhängig von dem Volumen ist, solange man sich im Zweiphasensystem „Flüssigkeit-Gas“ bewegt. Das einzige, was sich bei konstanter Temperatur ändert, ist das Mengenverhältnis „Flüssigkeit-Gas“. Der Druck im Kessel, der den Kolben bewegt, verändert sich also nicht durch die Kolbenbewegung (Kolbenbewegung <math>\rightarrow</math> Volumenänderung im Zylinder). Die Kolbenposition darf jedoch nicht so weit verändert werden, dass eine der Phasen verschwinden würde.

== Berechnung ==
Die Berechnung des [[Sättigungsdampfdruck]]s kann bspw. über die Methoden nach [[Lee-Kesler-Methode|Lee-Kesler]] und [[Ambrose-Walton-Methode|Ambrose-Walton]] erfolgen. Beide Methoden basieren auf dem [[Korrespondenzprinzip]], bei dem kritische Daten und der [[Azentrischer Faktor|azentrische Faktor]] benutzt werden.

Höheren Genauigkeitsanforderungen genügen die Dampfdruckgleichungen, die stoffspezifische, an experimentelle Daten angepasste Parameter verwenden, wie etwa die [[Wagner-Gleichung|Wagner-]] und die [[Antoine-Gleichung]].

== Wasserdampfdruck in der Meteorologie {{Anker|Meteorologie}} ==
In der Meteorologie wird unter der Bezeichnung Dampfdruck meist der Dampfdruck des [[Wasserdampf]]s (Wasserdampfdruck) und somit sein Partialdruck verstanden. Die Dampfdichte entspricht der [[Luftfeuchtigkeit|absoluten Luftfeuchtigkeit]].

Der Dampfdruck nach Definition der Meteorologie, also der Partialdruck eines Gases innerhalb eines Gasgemisches, kann durch Umstellung der [[Thermische Zustandsgleichung Idealer Gase|allgemeinen Gasgleichung]] mit folgender Formel näherungsweise berechnet werden:

:<math> e= \rho_i \cdot R_i \cdot T .</math>

Die einzelnen [[Formelzeichen]] stehen für folgende [[Physikalische Größe|Größen]]:

* ''e'' – Dampfdruck,
* ''ρi'' – Dampf[[dichte]] (absolute Luftfeuchtigkeit),
* ''Ri'' – [[Universelle Gaskonstante#Spezifische Gaskonstante|individuelle Gaskonstante]] (für Wasserdampf: 461,5 J/(kg K)),
* ''T'' – [[Absolute Temperatur]].

Bei einer Lufttemperatur von 25 °C (''T'' = 298,15 K) und maximaler Luftfeuchtigkeit bei dieser Temperatur und [[Standardbedingungen|Normaldruck]] (''ρi'' = 0,017 kg/m³) beträgt der so berechnete Dampfdruck etwa 23,39 hPa.

Da der Wasserdampfpartialdruck nur einen kleinen Teil des [[Luftdruck]]s ausmacht, ergibt sich nur nach einem recht langen Zeitraum ein thermodynamisches Gleichgewicht, wodurch wesentliche Untersättigungen in der [[Erdatmosphäre]] möglich sind, ohne dass das vorhandene flüssige Wasser sofort siedet. Aus diesem Grund und der hohen Dynamik in der Atmosphäre sind thermodynamisch stabile Zustände in der Regel selten oder nur kurz anzutreffen, insbesondere in sehr wetteraktiven Zonen der Erdatmosphäre. Aufgrund des lokal relativ höheren Dampfdrucks über der flüssigen Phase wachsen bei gleichzeitigem Vorhandensein von Wasser und Eis in einer [[Wolke]] die Eispartikel auf Kosten der Wassertröpfchen.

Über einer nichtüberhitzten festen [[Phase (Materie)|Phase]] ist der Dampfdruck geringer als über einer flüssigen Phase gleicher Temperatur. Stehen beide Phasen über die sie umgebenden Gase miteinander in Kontakt, so wächst daher der Anteil des [[Feststoff]]es auf Kosten der [[Flüssigkeit]]. Dies liegt darin begründet, dass die stärkere Bindung der Teilchen im Feststoff und die daraus resultierende [[Schmelzenthalpie]] im Falle der [[Sublimierung (Physik)|Sublimation]], also des [[Phasenübergang]]s fest-gasförmig, zusätzlich überwunden bzw. aufgebracht werden muss. Dies hat zur Folge, dass es leichter und damit häufiger zur [[Verdunstung]] bzw. [[Verdampfen|Verdampfung]] von Teilchen der flüssigen Phase kommt als zur Sublimation von Teilchen über der festen Phase. Es sind also über der Flüssigkeit mehr Teilchen im gasförmigen Zustand anzutreffen als über dem Feststoff, was den Dampfdruck lokal erhöht und zum Anwachsen der festen Phase führt.

== Siehe auch ==
* [[Isoteniskop]]
* [[Krümmungseffekt]]

== Literatur ==
Dampfdruck-Wertetabellen für verschiedene Stoffe:
* K. Scheffler, J. Straub und U. Grigull: ''Wasserdampftafeln. Thermodynamische Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf bis 800 °C und 800 bar.'' Springer-Verlag, Berlin 1981, ISBN 3-540-10930-7.
* U. Grigull, J. Straub und P. Schiebener: ''Steam Tables in SI-Units. Wasserdampftafeln.'' Springer-Verlag, Berlin 1990, ISBN 3-540-51888-6.
* B.I. Lee, M.G. Kesler: ''A generalized thermodynamic correlation based on three-parameter corresponding states''. In:'' AIChE J.'' 21, 1975, S. 510, [[doi:10.1002/aic.690210313]].
* K.S. Pitzer, D.Z. Lippmann, R.F. Curl, Jr., C.M. Huggins, D.E. Petersen: ''The Volumetric and Thermodynamic Properties of Fluids. II. Compressibility Factor, Vapor Pressure and Entropy of Vaporization''. In:'' J. Am. Chem. Soc.'' 77, 1955, S. 3433, [[doi:10.1021/ja01618a002]].
* W. Wagner, J. Ewers, W. Pentermann: ''New vapour-pressure measurements and a new rational vapour-pressure equation for oxygen''. In:'' J. Chem. Thermodyn.'' 8. 1976, S. 1049, [[doi:10.1016/0021-9614(76)90136-1]].
* D. Ambrose, J. Walton: ''Vapour pressures up to their critical temperatures of normal alkanes and 1-alkanols''. In:'' [[Pure and Applied Chemistry|Pure Appl. Chem.]]'' 61, 1989, S. 1395, [[doi:10.1351/pac198961081395]].

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Tabellensammlung Chemie/ Stoffdaten Wasser}}
* {{DNB-Portal|4148771-0}}
* [http://www.iapws.org/index.html IAPWS (International Association for the Properties of Water and Steam)]
* Berechnung von thermodynamischen Größen mit NIST Chemistry Webbook (englisch) http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/
* {{TIBAV |40353 |Linktext=Dampfdruck, ein Beispiel für ein Phasengleichgewicht |Herausgeber=Lauth |Jahr=2019 |DOI=10.5446/40353}}
* [https://www.unternehmensberatung-babel.de/industriegase-lexikon/industriegase-lexikon-a-bis-m/dampfdruckgleichung/index.html Methoden zur Berechnung des Dampfdruckes eines Fluides in Abhängigkeit der Temperatur] Autor: Olaf Babel.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4148771-0|LCCN=sh85142070|NDL=00575023}}

[[Kategorie:Thermodynamik]]
[[Kategorie:Meteorologische Größe]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
[[Kategorie:Chemische Größe]]
[[Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video]]

Dampfdruck - Versionsgeschichte

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