Verdampfungsenthalpie bzw. Verdampfungswärme (Verdampfungsenergie) > Wenn ein Stoff vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand übergeht, so spricht man von Verdampfung. Erhitzt man zum Beispiel flüssiges Wasser in einem Kopftopf stark, so wird es zu Wasserdampf. Wird hingegen der Wasserdampf wieder zu flüssigem Wasser, so nennt man dies Kondensieren. Beim Verdampfen von Flüssigkeiten sprich man auch von Sieden. Während des Siedens bleibt dabei die Flüssigkeit in ihrer Temperatur gleich; die zugeführte Wärme wird für den Wechsel des Aggregatzustandes verwendet. Die Siedetemperatur ist dabei vom Druck abhängig.
Wird der Dampf wieder kälter, so verflüssigt sich der Stoff wieder. Diese Verflüssigung bezeichnet man als Kondensation. Die Kondensationstemperatur und die Siedetemperatur sind gleich hoch.
Unter der Bedingung, dass der Druck konstant ist, gilt die folgende Formel zur Berechnung der Verdampfungswärme / Kondensationswärme:
Die Verdampfungsenthalpie kann in einen Anteil, der die Änderung der inneren Energie ΔU in Form geänderter Bindungsenergie bewirkt, und in einen Anteil der die Volumenänderung zur Folge hat, aufgeteilt werden.
Die Summe aus innerer Energie und dem Produkt aus Druck und Volumen wird in der Thermodynamik auch als Enthalpie bezeichnet. Die Gleichung gibt somit die Änderung der Enthalpie des Stoffes durch die isobare Zufuhr der Verdampfungswärme wieder. Die Verdampfungswärme wird deshalb auch als Verdampfungsenthalpie bezeichnet.
Bei einer isobaren Verdampfung kommt die zugeführte Verdampfungswärme vollständig der Änderung der Enthalpie zugute und wird deshalb auch als Verdampfungsenthalpie bezeichnet!
Beachte, dass die Verdampfungswärme und die Verdampfungsenthalpie zwar im Wert identisch sind, jedoch unterschiedliche thermodynamische Bedeutungen haben. Die Enthalpie ist eine Zustandsgröße, die den energetischen Zustand eines Stoffes anhand der inneren Energie und des Drucks bzw. Volumens beschreibt (alle drei Größen sind Zustandsgrößen!). Die Wärme ist hingegen eine Prozessgröße und beschreibt lediglich den Prozess der Energieübertragung in ein System hinein bzw. von einem System heraus. Die über die Systemgrenze hinweg zugeführte Verdampfungswärme ist sozusagen die Ursache für die Änderung der Enthalpie des Systems. Die Verdampfungswärme ist folglich die Ursache und die Enthalpieänderung die hieraus resultierende Wirkung.
Verdampfungsenthalpie von Wasser
Für Wasser soll die Verschiebearbeit während der Verdampfung im Folgenden ermittelt werden. Zunächst nimmt 1 Kilogramm flüssiges Wasser bei einem Druck von 1 bar ein Volumen von rund 1 Liter ein. Nach dem vollständigen Verdampfen ist das Volumen auf rund 1692 Liter angestiegen (dieser Wert kann mit Hilfe der Van-der-Waals-Gleichung ermittelt werden). Die Volumenänderung nach dem Verdampfen beträgt somit ΔV = 1691 Liter. Für diese Volumenänderung ist folglich eine Energie von rund 169 kJ erforderlich:
Die insgesamt zuzuführende Verdampfungswärme für 1 Kilogramm Wasser beträgt gemäß Literatur 2257 kJ. Somit entfallen bei einem Umgebungsdruck von 1 bar folglich rund 7,5 % der insgesamt zugeführten Verdampfungswärme auf die Energie, die zur Vergrößerung des Volumens aufzuwenden sind. Die restlichen 92,5 % der Verdampfungswärme werden dann tatsächlich für die Änderung der Bindungsenergie (Änderung der inneren Energie) genutzt.
quelle: Andreas Höfler, tec-science