Über einer Flüssigkeit befindet sich immer auch ein Teil der Substanz im gasförmigen Zustand (nicht erst wenn das Wasser kocht, erhält man Wasserdampf, sondern bereits beim Erwärmen kam man den Wasserdampf über dem warmen Wasser spüren). Den Dampfdruck über einer Lösung kann man auch nutzen, um physikalische und chemische Stoffeigenschaften zu bestimmen. Hierbei muss man allerdings zwei Fälle unterscheiden: Dampfdruck einer Lösung mit nur einer verdampfbaren Komponente und der Dampfdruck einer Mischung mit zwei (oder) mehreren verdampbaren Komponenten:
Ohne nochmals ausführlich auf die Theorie einzugehen, gleich zum Messprinzip. Der Einfachheit wegen nimmt man meist Wasser als Lösungsmittel (günstig und ungefährlich), wobei dies die verdampfbare Komponente darstellt. In das Wasser (als Lösungsmittel) geben wir eine nicht verdampfbare Komponente (beispielsweise Salze oder auch Zucker). Dies ist die Grundlage der späteren Auswertung: die nicht verdampfbare Komponente hat über der Lösung einen zu vernachlässigenden Dampfdruck (die Komponente verdampft bei den Temperaturen kaum).
Im ersten Schritt berechnen wir die “Stoffmenge” in der Lösung. Auch wenn die Verwendung des “Molenbruch” veraltet ist, wird er bei dieser Berechnung immer noch gerne verwendet.
Wir betrachten nun Wasser W (als verdampfbares Lösungsmittel) und Glucose G (als nicht leicht verdampfbare Komponente, die in Wasser gelöst wird). Da das Wasser die verdampfbare Komponente darstellt, berechnen wir den Molenbruch von Wasser:
Molenbruch (W) = n(W) : [n(W) + n(G)]
Wir leiten auch noch den Molenbruch für Glucose her: Molenbruch (G) = n(G) : [n(W) + n(G)]
Nun müssen wir uns noch überlegen, wie sich der Dampfdruck über reinem Wasser und über der Zuckerlösung verhält. Zucker sind polare organische Stoffe, ebenso wie das Wasser ein polarer Stoff ist. Zwischen den Wassermolekülen und den Zuckermolekülen kommt es dadurch zu einer anziehenden Wechselwirkung. Im anschaulichen Sinne halten dadurch die Zuckermoleküle die Wassermoleküle stärker in Lösung, so dass die Verdampfungstendenz der Wassermoleküle geringer wird.
Daher ist der Dampfdruck einer verdampfbaren Komponente einer Lösung (die andere Komponente ist nicht leicht verdampfbar) kleiner als der Dampfdruck über der Flüssigkeit der reinen verdampfbaren Komponente.
Nun können wir uns mit den bisherigen Formeln den Zusammenhang zwischen dem Dampfdruck und der Konzentration einer Lösung (mit einer verdampfbaren Komponente) herleiten:
Beginnen wir mit dem ersten Teil der Gleichung: [p(W0) – p(W)], dieser Ausdruck ist die Dampfdruckerniedrigung, die durch die Wechselwirkung mit der nicht verdampfbaren Komponente verursacht wird. Diesen Ausdruck kürzt man in der Regel so ab: Δp(W).
Nun der zweite Teil der Gleichung: Molenbruch(G) : [Molenbruch(W) + Molenbruch(G)] einsetzen der Stoffmengen und kürzen => n(G) : [n(W) + n(G)] = Molenbruch(G)
Nun haben wir eine Gleichung, die lautet: Δp(W) : p(W) = Molenbruch(G)
Diese Gleichung, die wir eben hergeleitet haben, ist nichts anderes, als das 1. Raoultsche Gesetz. Dies besagt, dass die relative Dampfdruckerniedrigung : Δp : p gleich dem Molenbruch der gelösten Komponente ist (die nicht leicht flüchtig ist). Diese relative Dampfdruckerniedrigung ist dabei von der Temperatur unabhängig.
Wir können also durch Dampfdruckmessungen die Konzentration bzw. den Molenbruch einer gelösten Substanz bestimmen.
Nun ist die Frage, ob die Dampfdruckerniedrigung noch anderweitig “verwendbar” ist.
Diese Frage können wir mit “Ja” beantworten – aus den theoretischen Kapiteln bei Lernort-Mint kennen wir, dass die Dampfdruckerniedrigung von Lösungen mit einem nicht verdampfbaren Stoff zu einer Siedetemperaturerhöhung und zu einer Gefriertemperaturerniedrigung führt. Diese Erhöhung bzw. erniedrigung können wir zur Bestimmung der molaren Masse anwenden. Die entsprechenden Verfahren werden als Kryoskopie (Gefriertemperaturerniedrigung) und Ebullioskopie (Siedetemperaturerhöhung).
Die Konstanten E(g) und E(s) werden ermittelt, in dem ein Mol des Stoffes in 1000 g Lösungsmittel löst und dann die Temperaturdifferenzen bestimmt oder entsprechend in Lexika nachsieht.
Der Dampfdruck ist der Druck, den der Dampf eines Stoffes in einem abgeschlossenen System auf die Umgebung ausübt, wenn er sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet.
Der Dampfdruck wird allgemein in der Einheit Pascal (Pa) gemessen.
Der Dampfdruck eines Stoffes steigt mit zunehmender Temperatur.
Wenn der Dampfdruck eines Stoffes gleich dem Umgebungsdruck bei einer bestimmten Temperatur ist, siedet der Stoff. Diese Temperatur wird als Siedepunkt bezeichnet.
Gesättigter Dampf ist Dampf, der sich im Gleichgewicht mit flüssigem Wasser befindet, während überhitzter Dampf Dampf ist, der auf eine Temperatur erhitzt wurde, die über dem Siedepunkt bei einem bestimmten Druck liegt.
Wenn der Dampfdruck höher ist als der atmosphärische Druck, beginnt der Stoff zu sieden.
Das Dampfdruck-Defizit ist die Differenz zwischen dem Dampfdruck bei vollständiger Sättigung und dem tatsächlichen Dampfdruck.
Nein, der Dampfdruck eines Stoffes kann nicht negativ sein. Er hat immer einen positiven Wert.
Das Verständnis des Dampfdrucks ist wichtig, um die Siedetemperaturen von Flüssigkeiten unter verschiedenen Bedingungen zu kennen und um Prozesse wie Kondensation und Verdampfung zu verstehen, die in vielen ingenieurtechnischen Anwendungen wichtig sind.
Die Verdampfungswärme eines Stoffes ist die Energiemenge, die benötigt wird, um eine bestimmte Menge des Stoffes zu verdampfen. Je höher die Verdampfungswärme, desto mehr Energie wird benötigt und desto niedriger ist der Dampfdruck.