Kritische Temperatur und kritischer Druck für gängige Materialien

Was ist die kritische Temperatur?

Definition und Bedeutung

Diekritische Temperatur ist ein grundlegendes Konzept in der Chemie und Thermodynamik. Er bezieht sich auf die höchste Temperatur, bei der eine Substanz als Flüssigkeit existieren kann, unabhängig vom ausgeübten Druck. Jenseits dieser Temperatur übersteigt die kinetische Energie der Moleküle die zwischenmolekularen Kräfte, so dass die Substanz nicht mehr in eine flüssige Phase kondensieren kann. Das Verständnis der kritischen Temperatur ist für verschiedene industrielle Anwendungen von wesentlicher Bedeutung, z. B. für die Konstruktion von Anlagen für die chemische Verarbeitung und die Untersuchung von Phasenübergängen in der Materialwissenschaft.

Kritische Temperatur vs. Siedepunkt

Obwohl sowohl die kritische Temperatur als auch der Siedepunkt mit Phasenübergängen verbunden sind, handelt es sich um unterschiedliche Konzepte. Der Siedepunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der ihr Dampfdruck gleich dem Außendruck ist, so dass sie von einer Flüssigkeit in ein Gas übergehen kann. Im Gegensatz dazu ist die kritische Temperatur der Schwellenwert, bei dem die flüssige Phase nicht mehr existieren kann, egal wie stark der Druck erhöht wird. Das bedeutet, dass ein Stoff oberhalb der kritischen Temperatur nicht mehr allein durch Druck verflüssigt werden kann und nur noch als überkritisches Fluid existiert.

Faktoren, die die kritische Temperatur beeinflussen

Molekülgröße und Wechselwirkungen

Die kritische Temperatur eines Stoffes wird von der Größe seiner Moleküle und der Stärke der zwischenmolekularen Wechselwirkungen beeinflusst. Größere Moleküle mit stärkeren zwischenmolekularen Kräften, wie Wasserstoffbrückenbindungen oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, haben in der Regel höhere kritische Temperaturen. Diese stärkeren Kräfte erfordern mehr Energie (höhere Temperatur), um sie zu überwinden, wodurch sich die kritische Temperatur erhöht.

Druckeinfluss

Der Druck spielt bei der Bestimmung der kritischen Temperatur eine wichtige Rolle: Bei höherem Druck werden die Moleküle enger zusammengedrängt, was die intermolekularen Wechselwirkungen verstärkt und die kritische Temperatur erhöht. Die kritische Temperatur selbst ist jedoch unabhängig vom Druck definiert und stellt die Höchsttemperatur dar, bei der eine Substanz unter jedem Druck als Flüssigkeit existieren kann.

Kritische Temperaturen und Drücke üblicher Stoffe

Die folgende Tabelle enthält die kritischen Temperaturen und Drücke verschiedener gebräuchlicher Stoffe und veranschaulicht die Vielfalt ihrer thermischen und druckbezogenen Eigenschaften.

Häufig gestellte Fragen

Was geschieht mit einer Substanz oberhalb ihrer kritischen Temperatur?

Oberhalb der kritischen Temperatur kann ein Stoff nicht mehr allein durch Druck verflüssigt werden, sondern liegt als überkritisches Fluid vor, das sowohl die Eigenschaften von Flüssigkeiten als auch von Gasen aufweist.

Wie wird die kritische Temperatur gemessen?

Die kritische Temperatur wird experimentell bestimmt, indem die Temperatur einer Substanz unter kontrolliertem Druck schrittweise erhöht wird, bis die flüssige und die gasförmige Phase nicht mehr voneinander zu unterscheiden sind.

Warum ist die kritische Temperatur für industrielle Anwendungen wichtig?

Die kritische Temperatur ist von entscheidender Bedeutung für die Auslegung von Geräten und Prozessen, bei denen es zu Phasenübergängen kommt, z. B. bei der Extraktion überkritischer Flüssigkeiten und dem Betrieb von Hochdruckreaktoren.

Kann die kritische Temperatur durch Änderung der Molekularstruktur verändert werden?

Ja, eine Veränderung der Molekülstruktur, z. B. durch Änderung der funktionellen Gruppen oder der Kettenlänge, kann die Stärke der zwischenmolekularen Kräfte und damit die kritische Temperatur beeinflussen.

Gibt es eine Beziehung zwischen kritischer Temperatur und kritischer Dichte?

Ja, die kritische Dichte ist die Dichte einer Substanz bei ihrer kritischen Temperatur und ihrem kritischen Druck und gibt Aufschluss über das Verhalten der Flüssigkeit in der Nähe des kritischen Punktes.