dampfdru - Webstil.info

Axel Gottwald
Thomas Hendel
Gruppe 50
28.10.05
Protokoll: Versuch T 02
Dampfdruck von Flüssigkeiten
Zielstellung:
Der Dampfdruck einer Flüssigkeit ist bei verschiedenen Temperaturen zu bestimmen. Aus der
grafischen Darstellung von ln p gegen 1/T ist die Verdampfungsenthalpie und die Siedetemperatur bei
einem Druck von 101325 Pa (1atm) zu bestimmen.
Vorüberlegung:
Laut der Gibbsschen Phasenregel ist für ein zweiphasiges Einkomponentensystem die Zahl der frei
wählbaren Zustandsvariablen gleich eins (univariant). D.h. ändert man z.B. die Zustandsvariable
Temperatur so stellt sich ein substanzspezifischer Dampfdruck ein. Geht man davon aus das der
äußere Druck gleich dem Dampfdruck ist, spricht man von einem Gleichgewicht für das gilt:
 I   II Wenn nun die Temperatur einer Phase geändert wird muss das Gleichgewicht
erhalten bleiben. Dies ist nur möglich wenn sich das chem. Potential der anderen Phase ebenfalls um
d I  d II ist und mit d  dG und dG   SdT  Vdp ist, so ergibt
 p  S
I
I
II
II
sich:  S dT  V dp   S dT  V dp . Diese Gleichung umgestellt ergibt: 
mit

 T  V
H
 p  Qrev.

dem zweiten Hauptsatz folgt daraus: 
(die Clausius-Clapeyronsche

 T  T  V T  V
Gleichung). Für den Phasenübergang zwischen flüssig und gasförmig kann V  Vgas gesetzt
den selben Betrag ändert. Also
R T
genutzt werden um folgende
p
werden, da Vgas>>Vliquid und für ideales Verhalten kann V 
Gleichung zu erhalten:
  ln p  V H


2
 T  R  T

ln
 H
p
 V
p
R
 1
1 

  
 TV TV  
p° = 1,014 bar TV°… Siedetemperatur beim Standarddruck
Den Standarddruck und die Siedetemperatur beim Standarddruck können als stoffspezifische
Konstanten betrachtet werden und somit ergibt sich eine Geradengleichung von 1/T die auf ln p
aufgetragen wird.
ln p 
V H
 H 1
 ln p  V 
R  TV 
R TV
ergibt sich : ln p  A 
mit
A
V H
R
und
B
V H
 ln p
R  TV 
1
B
TV
Zur Messung des Druckes werden ein Hilfsmanometer und ein Hauptmanometer benutzt und für die
Temperaturbestimmung ein auf 1/10 K geeichtes Thermometer. Das Hilfsmanometer wird auf die
gleiche Temperatur gebracht wie das Probenkölbchen und mit der zu testenden Substanz befüllt.
Darüber befindet sich eine Kühlung, sodass verdampfte Analysensubstanz wieder kondensiert und in
das Hilfsmanometer zurückfließen, dadurch wird verhindert das der äußere Druck durch den
Dampfdruck verdampfter Substanz beeinflusst und die Druckmessung verfälschen würde. Das
Hauptmanometer war in diesem Versuch eines mit einer digitalen Anzeige, das die Druckdifferenz
zwischen dem auf das Hilfsmanometer wirkenden äußeren Druck und dem Standarddruck. Im
Temperaturmessbereich war der Druck immer kleiner als der Standarddruck, sodass eine
Wasserstrahlpumpe als Evakuierer genutzt werden.
Durchführung:
Siehe Praktikumsanweisung.
Messwerte:

/°C
25,8
30,2
37,6
43,2
46,8
Messung
1
2
3
4
5
T /K
298,95
303,35
310,75
316,35
319,95
p/bar
0,154
0,194
0,394
0,404
0,414
ln p
-1,871
-1,640
-0,931
-0,906
-0,882
1000K/T
3,345
3,297
3,218
3,161
3,125
Durch Auftragen der Messwerte in ein Diagramm und zeichnen einer Ausgleichsgeraden wurde
folgende Gleichung mit Hilfe von Microsoft Excel ermittelt:
Dam pfdruck
0,000
0,0031
-0,200
0,00315
0,0032
0,00325
0,0033
0,00335
0,0034
-0,400
-0,600
ln p
-0,800
unbekannte Probe
-1,000
-1,200
Linear
(unbekannte
Probe)
-1,400
-1,600
-1,800
ln p = -4878,7K/T + 14,508
-2,000
1K/T
Die Verdampfungsenthalpie lässt sich nun aus dem Anstieg der Ausgleichsgeraden errechnen
der laut der Clausius-Clapeyronschen Gleichung als der negative Quotient der
Verdampfungsenthalpie und der Gaskonstanten (siehe Vorüberlegung).
V H  (4878,7 K )  ( R)  40561,5
J
mol
Die Siedetemperatur beim Standarddruck errechnet sich aus dem Schnittpunkt der Geraden mit der ln
p –Achse (B).
B  14,508 
 TV  
V H
 ln p
R  TV 
V H
40561,5 J  mol  K

 336,60 K  63,45C
R  ( B  ln p) 8,314 J  mol  (14,508  ln 1,014)
Aufgrund der errechneten Verdampfungsenthalpie und der Siedetemperatur bei Standarddruck ist es
schwer eine Vermutung über die Art der Verbindung zu treffen. Aber auf Grund der Enthalpie
vermuten wir das es sich um Ethanol (Tabellenwert: 38,74 kJ/mol) gehandelt haben könnte. Die
Siedetemperatur weicht jedoch von dem Tabellenwert für Ethanol (78,3°C) stark ab.
Fehlerbetrachtung:
Das digitale Hauptmanometer hatte eine Ungenauigkeit von  0,005 bar was bedeutet je kleiner der
Druck desto größer die Ungenauigkeit von ln p.
Auch bei konstanter Temperatur stieg der Druck in der Apparatur langsam an, dairgendwo eine
undichte Stelle sein musste.
Da die Menisken des Hilfsmanometers durch die Thermostataufhängung teilweise verdeckt wurden
und die Menisken auf eine Kalibrierung des äußeren Drucks reagierten war die genaue
Gleichgewichtseinstellung etwas erschwert.
Aufgrund der teilweise nicht synchronen Ablesung von Temperatur und Druck konnte es daher zu
leichten Abweichungen kommen.
Ein Sieden der Flüssigkeit war nicht sehr sichtbar und daher konnte im Endeffekt nur der Außendruck
dem Dampfdruck angepasst.
Zur allgemeinen Vorgehensweise ist zu sagen das eine einzelne Messung pro Zustand in der selben
Anlage und mit der selben Probe keine zufälligen Fehler beachtet sowie grobe systematische Fehler
(undichte Stellen) zulässt, welche sich jedoch immer wieder auswirken würden. Ein Ausreißer wäre so
schwer zu erkennen und könnte nicht aus der Betrachtung ausgeschlossen werden.
Des weiteren ist zu beachten das ein reales Verhalten die Grundlage für die Messung ist und die
Umwandlung der Clausius-Clapeyronschen Gleichung schon mit einem geringen Fehler behaftet war.
Axel Gottwald
Thomas Hendel