pT-Phasendiagramm von Reinstoffen

Autor: Hans Lohninger

Wichtig ist es zu beachten, dass man den Schmelz- und den Siedepunkt normalerweise bei Normaldruck (1 atm = 1.013 bar) misst und angibt. Es gibt allerdings Substanzen (wie z.B. Kohlendioxid) die bei Normaldruck weder einen Schmelzpunkt noch einen Siedepunkt aufweisen, sondern nur einen Sublimationspunkt, da es bei Normaldruck keine flüssige Form gibt.

Eine weitere Besonderheit im Phasendiagramm ist der überkritische Bereich. Eine Substanz bei Drücken und Temperaturen, die in diesen Bereich fallen, ist weder flüssig noch gasförmig (in dem Sinn, dass es einen klaren Übergang zwischen flüssig und gasförmig gibt, der sich durch einen Sprung in der Dichte der Substanz auswirkt).

Beispiele

Das folgende pT-Phasendiagramm von Kohlendioxid zeigt sehr schön, dass CO₂ bei Normaldruck nicht flüssig wird, da der Tripelpunkt einen Druck von 5.19 bar aufweist. Man muss also Kohlendioxid mindest auf 5.19 bar komprimieren, damit es verflüssigt werden kann. Bei Normaldruck geht es direkt von der festen Phase in die Gasphase über (Sublimation).

Aus dem pT-Phasendiagramm von Kohlendioxid lässt sich leicht ablesen, dass festes Kohlendioxid (Trockeneis) bei Normaldruck nicht schmilzt sondern durch Sublimation direkt in die Gasphase übergeht.

Das pT-Zustandsdiagramm für Wasser zeigt ein ungewöhnliches Verhalten der Grenzlinie zwischen fest und flüssig. Während normalerweise die Erhöhung des Drucks zu einer Erhöhung des Schmelzpunkts führt, ist es bei Wasser bei Drücken unterhalb von ca. 2000 bar genau umgekehrt. Dieser Effekt ist auf die Anomalie des Wassers zurückzuführen und ermöglicht in letzter Konsequenz das Leben auf der Erde wie wir es kennen.

Die Anomalie von Wasser zeigt sich im pT-Phasendiagramm dadurch, dass die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase eine negative Steigung aufweist (allerdings ist das nur in einem vergrößerten Ausschnitt sichtbar, da die Grenzlinie extrem steil verläuft, nämlich mit -130 bar/K am Tripelpunkt).