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Siedepunkt

Der Siedepunkt (Abkürzung: Sdp.), Verdampfungspunkt oder auch Kochpunkt (Abkürzung: Kp.) eines Reinstoffes ist ein Wertepaar in dessen Phasendiagramm und besteht aus zwei Größen: der Sättigungstemperatur (speziell auch Siedetemperatur) und dem Sättigungsdampfdruck (speziell auch Siededruck) an der Phasengrenzlinie zwischen Gas und Flüssigkeit. Er setzt sich also aus den beiden Zustandsgrößen Druck und Temperatur beim Übergang eines Stoffes vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand zusammen. Bei einer offenen Flüssigkeit ist der Siedepunkt daher der Punkt auf der Temperaturskala, bei der der Dampfdruck gleich dem atmosphärischen Druck ist.

Phasendiagramm eines „gewöhnlichen“ Stoffes und des Wassers

Der Siedepunkt stellt die Bedingungen dar, die beim Phasenübergang eines Stoffes von der flüssigen in die gasförmige Phase vorliegen, was man als Sieden bezeichnet. Zudem ist er für den umgekehrten Vorgang der Kondensation, allerdings nur bei Reinstoffen, identisch mit dem Kondensationspunkt. Beim Verdampfen eines Stoffgemisches kommt es zu einem veränderten Siedeverhalten, und man beobachtet einen Siedebereich anstatt eines einzelnen Siedepunktes. Bei einem Phasenübergang von der flüssigen in die gasförmige Phase unterhalb des Siedepunktes spricht man von einer Verdunstung.

In Tabellenwerken werden die Siedetemperaturen bei Normaldruck angegeben, also bei 1013,25 hPa. Dieser Siedepunkt wird als Normalsiedepunkt, die angegebene Siedetemperatur als Normalsiedetemperatur (TSied) bezeichnet. Ein Verfahren zu dessen Abschätzung ist die Pailhes-Methode, während die Guldberg-Regel einen Zusammenhang mit der kritischen Temperatur herstellt. Der Begriff Siedepunkt wird dabei häufig als Kurzform für die Normalsiedetemperatur verwendet und stellt daher im allgemeinen Sprachgebrauch meist deren Synonym dar, was jedoch den Siedepunkt auf nur ein einziges Wertepaar reduzieren würde und daher formal inkorrekt ist.

Bei einem Schnellkochtopf macht man sich beispielsweise zunutze, dass die Siedetemperatur und der Siededruck voneinander abhängen. Durch eine Druckerhöhung von meist einem Bar (1000 hPa) erreicht man auf diese Weise eine Steigerung der Siedetemperatur des Wassers von 100 °C auf ungefähr 120 °C. Beide Temperaturen stellen Siedetemperaturen dar, jedoch ist nur der Wert von 100 °C auch die Siedetemperatur unter Normaldruck und somit die Normalsiedetemperatur. Eine Vermischung beider Begriffe ist daher unspezifisch, keineswegs selbstverständlich und sollte vermieden werden.

Inhaltsverzeichnis

Temperaturänderung mit der Zeit beim Erwärmen eines flüssigen Reinstoffes

Unterhalb und oberhalb des Siedepunktes führt eine Erwärmung der Flüssigkeit bzw. des Gases nur zu einer Erhöhung der Temperatur. Die zugeführte Energie wird in Bewegungsenergie der Teilchen umgewandelt. Während des Phasenübergangs der Flüssigkeit zum Gas jedoch bleibt die Temperatur konstant, sofern auch der Druck konstant bleibt. Sämtliche zugeführte thermische Energie wird in die Zustandsänderung investiert.

Ist der Siedepunkt erreicht, so werden bei weiterer Zufuhr von Energie die chemisch-physikalischen Wechselwirkungen zwischen den Teilchen gelöst – die Teilchen treten in die Gasphase über. Die Temperatur der Flüssigkeit stagniert, da die zugeführte thermische Energie vollständig für die Lösung der zwischenmolekularen Bindungen eingesetzt wird. Die Energie, die für ein Mol des Stoffes benötigt wird, bezeichnet man auch als molare Verdampfungsenthalpie, und die nicht stoffmengenbezogene Energie als Verdampfungsenthalpie. Erst wenn alle Teilchen in der Gasphase sind, steigt die Temperatur des Systems wieder an.

Wasser, Wasserstoffperoxid oder Laugen (zum Beispiel Natronlauge) ohne Staubpartikel oder Gasbläschen lassen sich in reinen Gefäßen auch über die Siedetemperatur hinaus erwärmen, ohne dass es zum Sieden kommt. Kleinste Störungen, wie zum Beispiel Erschütterungen, die eine Durchmischung nach sich ziehen, können zu einer explosionsartigen Trennung der flüssigen von der Dampfphase führen, was man als Siedeverzug bezeichnet. Zu dessen Vermeidung fügt man bei chemischen Arbeiten Flüssigkeiten, die zu einem Siedeverzug neigen, sogenannte Siedesteinchen aus Ton oder Bimsstein hinzu, die durch die Chemikalie nicht angegriffen werden, aber durch ihre poröse Struktur die Bildung kleiner Blasen erleichtern, sodass es nicht zum Siedeverzug kommt.

Siehe auch: Verdunstung, Vergasen, Evaporation, Transpiration, Pictet-Trouton-Regel

Phasendiagramm von Kohlenstoffdioxid (nicht maßstabsgerecht)

Alle Temperatur-Druck-Wertepaare an der Phasengrenzlinie Gas-Flüssigkeit in einem Phasendiagramm ergeben zusammengenommen die Siedepunktskurve, wobei auf ihr ein thermodynamisches Gleichgewicht herrscht. Man bezeichnet die Siedepunktskurve hierbei häufig auch als Siedekurve, Siedelinie, Siededruckkurve oder Siedepunktkurve. Diese Kurve wird dabei von zwei Punkten begrenzt:

  • Tripelpunkt Pt: Ist das Druck-Temperatur-Wertepaar niedriger als die Tripel-Temperatur beziehungsweise der Tripel-Druck, so ist nur noch ein Übergang zwischen festem und gasförmigem Zustand, also eine Sublimation bzw. Resublimation möglich.
  • Kritischer Punkt Pc: Ist das Druck-Temperatur-Wertepaar höher als die kritische Temperatur beziehungsweise der kritische Druck, so besteht zwischen der Dichte des flüssigen und der des gasförmigen Zustands kein Unterschied mehr, weshalb man sie auch nicht mehr durch eine Phasengrenzlinie trennt und den Stoff daher in diesem Zustand als überkritisches Fluid bezeichnet.

Das Gleichgewicht der Siedepunktskurve ist ein dynamisches Gleichgewicht. Aus einer Flüssigkeit treten beständig Teilchen in die Gasphase über – sie verdampfen. Andererseits treten diese Teilchen auch wieder in die flüssige Phase ein – sie kondensieren. Das Zahlenverhältnis der aus der flüssigen Phase austretenden Teilchen und der wieder in sie eintretenden Teilchen ist hierbei sowohl von der Temperatur als auch vom Druck abhängig: Je höher die Temperatur ist, desto mehr Teilchen verdampfen aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit (siehe Maxwell-Boltzmann-Verteilung). Je mehr Teilchen verdampfen, desto höher wird aber auch der Dampfdruck, und desto mehr Teilchen kondensieren auch wieder. Ein Gleichgewicht stellt sich dann ein, wenn genauso viel Teilchen in die Gasphase übertreten, wie wieder in die flüssige Phase zurücktreten. Da in diesem Zustand die Gasphase gesättigt ist, spricht man dann auch vom Sättigungsdampfdruck. Die thermodynamische Gesetzmäßigkeit, aus der sich die Siedepunktskurve quantitativ ableitet, bezeichnet man als Clausius-Clapeyron-Gleichung. Für Wasser lässt sich dieser Zusammenhang zwischen Sättigungsdampfdruck und Sättigungstemperatur auch über die Näherungsgleichungen vom Typ der Magnus-Formel bestimmen.

Gleichgewichtsänderung am Beispiel des Wassers

Beispielhafter Ausgangspunkt: Wasser befindet sich im Gleichgewicht mit seiner Gasphase beim Siedepunkt 80 °C und einem Druck von 474 hPa:

H 2 O ( g ) H 2 O ( l ) {\displaystyle \mathrm {H_{2}O_{(g)}\leftrightharpoons H_{2}O_{(l)}} }

Die Reaktionen des Systems auf die Änderungen einzelner Zustandsgrößen laufen auf eine Verschiebung der Gleichgewichtslage hinaus: Es läuft derjenige Phasenübergang verstärkt ab, der die Störung wieder rückgängig macht (siehe Prinzip vom kleinsten Zwang).

  1. Wird das System auf 70 °C abgekühlt, so ist der Dampfdruck der Gasphase zu hoch, und Wasserdampf kondensiert so lange, bis der Dampfdruck den neuen Gleichgewichtswert von 312 hPa aufweist oder kein gasförmiges Wasser mehr übrig ist.
  2. Wird das System auf 90 °C erwärmt, so ist der Dampfdruck der Gasphase zu niedrig, und Wasser verdampft so lange, bis der Dampfdruck den neuen Gleichgewichtswert von 702 hPa aufweist oder kein flüssiges Wasser mehr übrig ist.
  3. Wird der Druck bei gleichbleibender Temperatur von 474 auf 700 hPa erhöht, so ist der Dampfdruck der Gasphase zu hoch, und gasförmiges Wasser kondensiert so lange, bis der Dampfdruck den alten Gleichgewichtswert von 474 hPa aufweist oder kein Wasserdampf mehr übrig ist.
  4. Wird der Druck bei gleichbleibender Temperatur von 474 auf 250 hPa erniedrigt, so ist der Dampfdruck der Gasphase zu niedrig, und Wasser verdampft so lange, bis der Dampfdruck den alten Gleichgewichtswert von 474 hPa aufweist oder kein flüssiges Wasser mehr übrig ist.
Siedepunkte einiger Wasserstoffverbindungen
  1. Der Siedepunkt ist von der Stärke der Bindungskräfte zwischen den kleinsten Teilchen der flüssigen Phase abhängig: Je stärker die Bindungskräfte sind, desto höher ist der Siedepunkt, da diese zunächst überwunden werden müssten. Dies wird deutlich, wenn man beispielsweise HF und HCl vergleicht: Im flüssigen Fluorwasserstoff (Siedepunkt 20 °C) bilden die Moleküle Wasserstoffbrückenbindungen aus, während im flüssigen Chlorwasserstoff (Siedepunkt −85 °C) die schwächeren Dipol-Dipol-Wechselwirkungen vorherrschen. Gleiches gilt für den vergleichsweise sehr hohen Siedepunkt des Wassers, was deutlich wird, wenn man diesen mit Kohlenstoffdioxid vergleicht und den Einfluss der Molmassen mitberücksichtigt.
  2. Eine Abhängigkeit des Siedepunktes von der molaren Masse bzw. Molekülmasse des Stoffes spielt allenfalls eine untergeordnete Rolle. Häufig korrelieren größere die molare Massen mit höheren Siedepunkten, etwa aufgrund des damit verbundenen Volumen. Die molare Masse hat jedoch, anders als häufig behauptet, keinen direkten Einfluss auf die kinetische Energie, welche benötigt wird, um die zwischenmolekularen Anziehungskräfte zu überwinden. Ein direkter Einfluss der molaren Masse auf die zwischenmolekularen Anziehungskräfte lässt sich schwer widerlegen, da andere Einflussfaktoren schwer ausgeschlossen werden können. Empirische Ergebnisse legen einen geringfügigen Einfluss nahe.
Als vereinfachter Anhaltspunkt, um den Siedepunkt einzuschätzen, wird es dennoch verwendet. So wird die Beobachtung, dass Stoffe einen höheren Siedepunkt haben als ähnliche Stoffe mit höherer molaren Masse, als Siedepunktanomalie bezeichnet.
Noch schwächer als Dipol-Dipol-Wechselwirkungen sind Londonsche Dispersionswechselwirkungen. Aus diesem Grund haben beim Vergleich alle Wasserstoffverbindungen der Elemente der IV. Hauptgruppe die niedrigsten Siedepunkte.
Die Stärke der zwischenmolekularen Bindungskräfte hängt auch von der Geometrie der Moleküle ab. Siehe dazu die Siedepunkte der Homologen Reihe der Kohlenwasserstoffe oder der Alkohole.

Chemische Elemente

  • Die niedrigste Normalsiedetemperatur aller Elemente mit −269 °C hat Helium, obwohl es eine größere molare Masse als Wasserstoff mit einer Normalsiedetemperatur von −253 °C hat. Dies liegt darin begründet, dass das Wasserstoffmolekül etwas leichter zu polarisieren ist als Helium und daher auch etwas stärkere Van-der-Waals-Wechselwirkungen ausbildet.
  • Die höchste Normalsiedetemperatur wird in der Literatur uneinheitlich angegeben. Wolfram und Rhenium liegen beide über 5000 °C.
  • Ein Gruppenvergleich von Edelgasen, Nichtmetallen, Halbmetallen und Metallen zeigt, dass Metalle einen deutlich höheren Siedepunkt als Nichtmetalle haben, da die Metallbindung (neben der Ionen- und Atombindung) die stärkste Bindung darstellt. Ausnahmen:
Quecksilber hat mit 357 °C eine für Metalle ungewöhnlich niedrige Normalsiedetemperatur
Kohlenstoff weist einen für Nichtmetalle extrem hohen Siedepunkt von 4827 °C auf.
Siedepunkte
Minimum Maximum Durchschnitt Grafische Veranschaulichung
Edelgase −269 −62 −170,5
Nichtmetalle −253 4827 414,1
Halbmetalle 335 3900 1741,5
Metalle 357 >5000 2755,9

Verbindungen

Eine der niedrigsten Normalsiedetemperaturen hat Kohlenstoffmonoxid mit −191,6 °C, die höchsten weisen Metallcarbide wie Titan(IV)-carbid (TiC, 4820 °C) und Wolfram(IV)-carbid (WC, 6000 °C) auf.

Eine Besonderheit liegt bei Schwefeltrioxid (SO3) vor: Der Schmelzpunkt einer seiner Modifikationen liegt mit 62,3 °C über der Normalsiedetemperatur von 44,8 °C des flüssigen Schwefeltrioxids.

Liegt der kritische Druck unter dem Normaldruck, so kann keine Normalsiedetemperatur angegeben werden. Um die Flüssigkeit dennoch zum Sieden zu bringen, muss dies unter niedrigerem Druck geschehen. In diesem Fall muss bei der Angabe der Siedetemperatur auch der Siededruck angegeben werden, was ein weiterer Grund dafür ist, die Begriffe Normalsiedetemperatur und Siedepunkt strikt zu trennen.

Liegt der Druck des Tripelpunktes über dem Normaldruck, so wird statt der Normalsiedetemperatur die Normalsublimationstemperatur oder eine Siedetemperatur bei höherem Siededruck angegeben. Beispiel: Schwefelhexafluorid SF6 sublimiert unter Normaldruck bei −63 °C.

Viele, vor allem organische und alle makromolekularen Verbindungen zersetzen sich beim Erhitzen vor Erreichen des Siedepunktes, da ihre Verdampfungsenthalpie größer ist als die einzelnen Bindungsenergien im Molekül. Hier kann man keine Siedetemperatur, sondern nur die Zersetzungstemperatur angeben. Manche können allerdings unter vermindertem Druck und bei damit niedrigerer Temperatur zum Sieden gebracht werden.

Die Siedepunkte homogener Gemische wie Legierungen, Gasgemische oder wässrige Lösungen weisen gegenüber den Reinstoffen veränderte Siedepunkte und ein verändertes Siedeverhalten auf.

Siedepunkterhöhung

Wird in einem Lösungsmittel ein Stoff gelöst, dann erhöht sich der Siedepunkt des Gemisches im Vergleich zum reinen Lösungsmittel; man spricht in Bezug auf den Sättigungsdampfdruck vom Lösungseffekt. Nach dem Raoultschen Gesetz von François Marie Raoult (1830–1901) ist diese Erhöhung ΔTSdp proportional zur Stoffmenge des gelösten Stoffes:

Lösungsmittel ebullioskopische Konstante
in K · kg/mol
Wasser 0,513
Methanol 0,86
Ethanol 1,23
Phenol 3,54
Essigsäure 3,22
Benzol 2,64
Schwefelkohlenstoff 2,42
Kohlenstofftetrachlorid 5,26
Cyclohexan 2,92
Δ T S d p = K e b = K n {\displaystyle \Delta T_{\mathrm {Sdp} }=K_{e}\cdot b=K\cdot n}

Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:

  • ΔTSdp - Siedepunktserhöhung
  • Ke - ebullioskopische Konstante
  • b - Molalität des gelösten Stoffes
  • K - molare Siedepunktserhöhung
  • n - Stoffmenge

Der Proportionalitätsfaktor ist, wie dargelegt, die ebullioskopische Konstante (auch Siedepunktskonstante KS), also die Änderung des Siedepunktes von einem Kilogramm der Lösung gegenüber dem reinen Lösungsmittel, wobei die Stoffmenge des gelösten Stoffes ein Mol beträgt oder die molare Siedepunktserhöhung, die weniger gebräuchlich ist und keine Aussage zur Masse trifft.

So steigt beispielsweise der Siedepunkt eines Kilogramms Wasser um 0,51 K auf 100,51 °C, wenn man genau ein Mol irgendeines anderen Stoffes darin auflöst, vorausgesetzt, der Stoff löst sich in Wasser und ist nicht flüchtig. Löst man zwei Mol in einem Kilogramm Wasser auf, so siedet das Wasser erst bei 100 °C + 2 × 0,51 °C = 101,02 °C.

Es ist dabei zu beachten, dass Salze in wässriger Lösung dissoziieren. Natriumchlorid zerfällt zum Beispiel in die Ionen Na+ und Cl. Die Siedepunkterhöhung ist daher (in verdünnten Lösungen) doppelt so hoch wie zunächst erwartet.

Ein praktisches Beispiel: Nudelwasser hat einen typischen Kochsalzgehalt von 10 g/kg. Bei einer Molmasse von 58,4 g/mol entspricht dies, zusammen mit oben erwähnter Verdopplung, 0,34 mol/kg Ionen. Durch den Salzgehalt ergibt sich also eine Siedepunkterhöhung von nur etwa 0,17 K.

Das Raoultsche Gesetz gilt nur für „ideale“ Lösungen, das sind Lösungen, bei denen ein Stoff nur physikalisch gelöst wird. Bei „nichtidealen“ Lösungen treten während des Mischens energetische Erscheinungen (Erwärmung oder Abkühlung) auf, die in der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen oder durch Protolysen hervorgerufen werden. Dadurch ergeben sich Abweichungen vom Raoultschen Gesetz. Nur in sehr starker Verdünnung gilt die Formel auch bei „nichtidealen“ Lösungen in Annäherung, weshalb man im Falle der idealen Lösung auch von einer unendlich verdünnten Lösung spricht. Die Siedepunktserhöhung ist zudem eine kolligative Eigenschaft und hängt daher zwar von der Teilchenzahl des gelösten Stoffes, nicht jedoch von dessen Art ab. Über eine Umstellung der obigen Formel kann die Siedepunktserhöhung auch zur Molmassebestimmung dienen, was man als Ebullioskopie bezeichnet.

Ebenso von der Konzentration der gelösten Stoffe abhängig ist der Schmelzpunkt, weshalb man auch von einer Schmelzpunkterniedrigung spricht. Ursache für diese Effekte ist ebenfalls eine Erniedrigung des chemischen Potentials. Kombiniert man Siedepunkterhöhung und Schmelzpunkterniedrigung, so zeigt sich insgesamt eine Ausdehnung des thermodynamischen Zustandsbereiches der Flüssigkeit zu Lasten der anderen Aggregatzustände.

Siedebereiche

Zeotrope Gemische

Siedediagramm
TL Siedetemp. des Leichtsieders
TS Siedetemp. des Schwersieders
Rechts rot markiert: Siedebereich einer 50 %-Mischung zwischen T1 und TS

Wird eine zeotrope Mischung zweier Flüssigkeiten erhitzt, so beginnt sie bei einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur des Leichtsieders, also desjenigen Bestandteils mit der niedrigeren Siedetemperatur, zu sieden. Beim Sieden gehen gleichzeitig beide Bestandteile in die Gasphase über. Dabei hat der Leichtsieder im austretenden Dampf eine höhere Konzentration, als seiner Konzentration im flüssigen Gemisch entspricht. Deshalb reichert sich in der Flüssigkeit der Schwersieder an und die Siedetemperatur steigt kontinuierlich bis zum Siedepunkt des Schwersieders. Man spricht in diesem Fall von einem Siedebereich (auch Siedeintervall, Siedegrenze) des Gemisches und nicht mehr von einem Siedepunkt.

Die Abhängigkeit der Siedetemperatur von dem Verhältnis der flüssigen Bestandteile und das jeweils zugehörige Verhältnis im verdampfenden Gas werden im Siedediagramm (rechts) dargestellt. Der freie Bereich in der Mitte, in dem weder Gas noch Flüssigkeit existieren können, wird wegen seiner Form Siedelinse genannt. Am rechten Rand ist der Siedebereich einer Lösung mit 50 % Stoffmengenanteil markiert.

Dieses Verhalten wird technisch genutzt, um Konzentrationen von Einzelkomponenten in Gemischen durch Destillation oder Rektifikation zu erhöhen.

Azeotrope Gemische

Siedediagramm azeotroper Gemische
Sdp. 1: Siedepunkt der Reinstoffkomponente 1, Sdp. 2: Siedepunkt der Reinstoffkomponente 2, x: Stoffmengenanteil von Komponente 2 im azeotropen Gemisch

Bei azeotropen Stoffgemischen hat die Siedetemperatur des Stoffgemisches bei einem bestimmten Stoffmengenverhältnis einen Extremwert. Dieser Wert liegt außerhalb des Temperaturintervalles, das durch die Siedetemperaturen der beiden Reinstoffe aufgespannt wird. Bei diesem besonderen Mischungsverhältnis liegt ein Siedepunkt und kein Siedebereich vor.

Beispiele:

  • Wasser (Sdp. 100 °C) und HCl (Sdp. − 85 °C) – azeotropes Gemisch mit 20,2 % HCl: Sdp. 108,6 °C
  • Wasser (Sdp. 100 °C) und Ethanol (Sdp. 78,3 °C) – azeotropes Gemisch mit 96 % Ethanol: Sdp. 78,2 °C

Das Siedeverhalten des Wassers führt unter den physikalischen Bedingungen auf der Erde dazu, dass Wasser in großen Mengen als Flüssigkeit existiert. Dies ist eine der grundlegenden Voraussetzungen für die Entwicklung von Lebewesen.

Bei einem niedrigeren Luftdruck oder höheren Temperaturen des Wassers wäre dies anders und würde dazu führen, dass Gewässer binnen kürzester Zeit verdampfen und somit auch eine wichtige Bedingung für das Leben überhaupt, nämlich flüssiges Wasser, wesentlich seltener anzutreffen wäre. Bei einem höheren Luftdruck bzw. einer niedrigeren Temperatur würde jedoch immer weniger Wasser verdunsten können, und somit würde die Voraussetzung für Niederschläge, nämlich gasförmiges Wasser in der Atmosphäre, immer seltener, was beispielsweise eine Einschränkung der Süßwasservorkommen nach sich ziehen würde.

  • Analytische Chemie: Der Siedepunkt ist eine spezifische Stoffeigenschaft. Somit lassen sich Reinstoffe anhand ihres Siedepunktes charakterisieren.
  • Destillation bzw. fraktionierte Destillation, eine Methode zur Trennung eines Stoffgemisches aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte der Einzelkomponenten. Der niedersiedende Stoff wird vom höhersiedenden Stoff durch Verdampfen abgetrennt.
  • Die Ebullioskopie (lat. bulla = Siedeblase, gr. skopein = betrachten) ist eine Methode zur Bestimmung der molaren Massen durch Siedepunktserhöhung. Da Siedepunktserhöhungen kleiner ausfallen als Gefrierpunktserniedrigungen, wird in der Regel die Kryoskopie bevorzugt. Bei beiden Methoden findet ein spezielles Thermometer seine Anwendung, das 1888 von Ernst Otto Beckmann (1853–1923) entwickelt wurde: das Beckmann-Thermometer. Es hat eine Skala, die nur ungefähr 6° umfasst, kann jedoch auch auf 0,01 Grad genau abgelesen werden. Der Nullpunkt der Skala kann auf die jeweils gewünschte Temperatur eingestellt werden.
  • Schnellkochtopf: Wird Wasser in einem luftdicht verschlossenen Topf erhitzt, kann die Temperatur des flüssigen Wassers über 100 °C steigen, weil der Siededruck und damit auch der Siedepunkt sich erhöhen. Dadurch kommt es zu einer schnelleren Garung.
  • Höhenmessung: Da der Luftdruck mit zunehmender Höhe sinkt, sinkt auch der Siedepunkt. Als Faustregel gilt: Der Siedepunkt wird pro 300 m um etwa ein Grad abgesenkt. So lässt sich durch die Bestimmung der Siedetemperatur von reinem Wasser die jeweilige Höhe über dem mittleren Meeresspiegel abschätzen.
Apparatur zur Bestimmung des Siedepunktes

Der Siedepunkt ist eine Stoffeigenschaft. Die Kenntnis des Siedepunktes ermöglicht Rückschlüsse auf den vorliegenden Stoff. In Nachschlagewerken (z. B. CRC Handbook of Chemistry and Physics oder Taschenbuch für Chemiker und Physiker) befinden sich Tabellen über Siedepunkte von Stoffen und Stoffgemischen. Aus den Tabellenwerten kann man die vermuteten Verbindungen häufig abschätzen.

Der Siedepunkt kann auch als ein Kriterium der Stoffreinheit eines bekannten Stoffes genutzt werden. Für destillative Stofftrennungen eignet sich eine Vigreuxkolonne.

Bei Stoffmischungen kann es auch vorkommen, dass mehrere Stoffe bei dem gleichen Siedepunkt überdestillieren, das Stoffgemisch bildet dann ein Azeotrop.

Bestimmung des Siedepunktes mit einfachen Mitteln

Für einfache Ermittlungen der Siedetemperatur benötigt man ein Reagenzglas (oder einen Kolben) mit einem seitlichen Ansatzrohr mit durchbohrtem Gummistopfen und Thermometer, ein Stück Gummischlauch, ein Glasrohr, ein Paraffinbad, eine Heizquelle und ein Becherglas mit Kühlwanne. Entsprechend der Abbildung Apparatur zur Bestimmung des Siedepunktes wird die eine entsprechende Destillationsvorrichtung aufgebaut.

Das Reagenzglas mit Ansatzrohr sollte zu einem Drittel mit dem zu untersuchenden Stoff gefüllt werden. Zur Verhinderung von Siedeverzügen fügt man noch einige Siedesteinchen hinzu. Die untere Spitze des Thermometers sollte wenige Zentimeter über der Flüssigkeitsoberfläche angebracht sein. Für eine genauere Temperaturermittlung kann statt eines Quecksilberthermometers auch ein digitaler Temperaturfühler (Genauigkeit: 0,1 °C) durch den Gummistopfen eingebracht werden.

Für eine sehr exakte Bestimmung des Siedepunktes müssen zwei mögliche Fehlerquellen beachtet werden:

  1. Falls ein Quecksilberthermometer zur Bestimmung des Siedepunktes genutzt wird, muss das Thermometer sehr weit in das Reagenzglas hineinragen. Durch die deutlich kühlere Umgebungsluft wird das Quecksilber, das sich nicht im Innenraum der Dampfzone befindet, abgekühlt. Der dabei entstehende Temperaturfehler wird annähernd durch die Formel ΔT = 0,000154·n·(T - t) beschrieben. (n = Länge (cm) des herausragenden Teilstückes, T = beobachtete Siedetemperatur, t = Temperatur der Umgebungsluft).
  2. Falls der Luftdruck von 760 mm Quecksilbersäule abweicht, so muss ein weiterer Korrekturfaktor des Siedepunktes berücksichtigt werden. Überschlägig führt eine Druckabweichung von 0,36 % (2,4 mm Quecksilbersäule) zum Normaldruck zu einer Siedepunktabweichung von mindestens 0,1 °C.
  1. ChemgaPedia: .
  2. Pure Appl. Chem., Vol. 54, No. 6, S. 1239–1250, 1982. (PDF-Datei; 227 kB).
  3. Erwin Riedel: Allgemeine und Anorganische Chemie. 10. Auflage. De gruyter Studium, Berlin / New York 2010, ISBN 978-3-11-022781-9,S.144.
  4. Hans Peter Latscha, Helmut Alfons Klein, Martin Mutz: Allgemeine Chemie (= Springer-Lehrbuch). Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-17522-0,S.168, doi: ( [abgerufen am 30. April 2021]).
  5. Michael Laing: Boiling Points of the Family of Small Molecules, CHwFxClyBrz: How Are They Related to Molecular Mass? In: Journal of Chemical Education.Band78,Nr.11, 2001, ISSN ,S.1544, doi: ( [abgerufen am 30. April 2021]).
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  7. S. Scholl, Henning Föste: Verfahrenstechnisches Labor. Rektifikation. ( [abgerufen am 9. November 2013]).
  8. Ber. d. Deut. Chem. Ges. 22, 3072.
  9. Ber. d. Deut. Chem. Ges. 20, 709.
Normdaten (Sachbegriff): GND:(, )

Siedepunkt
siedepunkt, bestimmte, temperatur, während, stoff, oder, eine, verbindung, verdampfen, beginnt, sprache, beobachten, bearbeiten, abkürzung, verdampfungspunkt, oder, auch, kochpunkt, abkürzung, eines, reinstoffes, wertepaar, dessen, phasendiagramm, besteht, zwe. Siedepunkt Bestimmte Temperatur wahrend der ein Stoff oder eine Verbindung zu Verdampfen beginnt Sprache Beobachten Bearbeiten Der Siedepunkt Abkurzung Sdp Verdampfungspunkt oder auch Kochpunkt Abkurzung Kp eines Reinstoffes ist ein Wertepaar in dessen Phasendiagramm und besteht aus zwei Grossen der Sattigungstemperatur speziell auch Siedetemperatur und dem Sattigungsdampfdruck speziell auch Siededruck an der Phasengrenzlinie zwischen Gas und Flussigkeit Er setzt sich also aus den beiden Zustandsgrossen Druck und Temperatur beim Ubergang eines Stoffes vom flussigen in den gasformigen Aggregatzustand zusammen Bei einer offenen Flussigkeit ist der Siedepunkt daher der Punkt auf der Temperaturskala bei der der Dampfdruck gleich dem atmospharischen Druck ist Phasendiagramm eines gewohnlichen Stoffes und des Wassers Der Siedepunkt stellt die Bedingungen dar die beim Phasenubergang eines Stoffes von der flussigen in die gasformige Phase vorliegen was man als Sieden bezeichnet 1 Zudem ist er fur den umgekehrten Vorgang der Kondensation allerdings nur bei Reinstoffen identisch mit dem Kondensationspunkt Beim Verdampfen eines Stoffgemisches kommt es zu einem veranderten Siedeverhalten und man beobachtet einen Siedebereich anstatt eines einzelnen Siedepunktes Bei einem Phasenubergang von der flussigen in die gasformige Phase unterhalb des Siedepunktes spricht man von einer Verdunstung In Tabellenwerken werden die Siedetemperaturen bei Normaldruck angegeben also bei 1013 25 hPa Dieser Siedepunkt wird als Normalsiedepunkt 2 die angegebene Siedetemperatur als Normalsiedetemperatur TSied bezeichnet Ein Verfahren zu dessen Abschatzung ist die Pailhes Methode wahrend die Guldberg Regel einen Zusammenhang mit der kritischen Temperatur herstellt Der Begriff Siedepunkt wird dabei haufig als Kurzform fur die Normalsiedetemperatur verwendet und stellt daher im allgemeinen Sprachgebrauch meist deren Synonym dar was jedoch den Siedepunkt auf nur ein einziges Wertepaar reduzieren wurde und daher formal inkorrekt ist Bei einem Schnellkochtopf macht man sich beispielsweise zunutze dass die Siedetemperatur und der Siededruck voneinander abhangen Durch eine Druckerhohung von meist einem Bar 1000 hPa erreicht man auf diese Weise eine Steigerung der Siedetemperatur des Wassers von 100 C auf ungefahr 120 C Beide Temperaturen stellen Siedetemperaturen dar jedoch ist nur der Wert von 100 C auch die Siedetemperatur unter Normaldruck und somit die Normalsiedetemperatur Eine Vermischung beider Begriffe ist daher unspezifisch keineswegs selbstverstandlich und sollte vermieden werden Inhaltsverzeichnis 1 Siedevorgang 2 Siedepunktskurve 3 Gleichgewichtsanderung am Beispiel des Wassers 4 Stoffabhangigkeit des Siedepunktes 5 Beispiele fur Normalsiedepunkte von Reinstoffen 5 1 Chemische Elemente 5 2 Verbindungen 6 Homogene Mehrstoffsysteme 6 1 Siedepunkterhohung 6 2 Siedebereiche 6 2 1 Zeotrope Gemische 6 2 2 Azeotrope Gemische 7 Bedeutung fur die Lebewesen 8 Anwendungen 9 Bestimmung der Siedepunkte von organischen Stoffen 10 EinzelnachweiseSiedevorgang Bearbeiten Temperaturanderung mit der Zeit beim Erwarmen eines flussigen Reinstoffes Hauptartikel Verdampfen Verdampfungsenthalpie und Siedeverzug Unterhalb und oberhalb des Siedepunktes fuhrt eine Erwarmung der Flussigkeit bzw des Gases nur zu einer Erhohung der Temperatur Die zugefuhrte Energie wird in Bewegungsenergie der Teilchen umgewandelt Wahrend des Phasenubergangs der Flussigkeit zum Gas jedoch bleibt die Temperatur konstant sofern auch der Druck konstant bleibt Samtliche zugefuhrte thermische Energie wird in die Zustandsanderung investiert Ist der Siedepunkt erreicht so werden bei weiterer Zufuhr von Energie die chemisch physikalischen Wechselwirkungen zwischen den Teilchen gelost die Teilchen treten in die Gasphase uber Die Temperatur der Flussigkeit stagniert da die zugefuhrte thermische Energie vollstandig fur die Losung der zwischenmolekularen Bindungen eingesetzt wird Die Energie die fur ein Mol des Stoffes benotigt wird bezeichnet man auch als molare Verdampfungsenthalpie und die nicht stoffmengenbezogene Energie als Verdampfungsenthalpie Erst wenn alle Teilchen in der Gasphase sind steigt die Temperatur des Systems wieder an Wasser Wasserstoffperoxid oder Laugen zum Beispiel Natronlauge ohne Staubpartikel oder Gasblaschen lassen sich in reinen Gefassen auch uber die Siedetemperatur hinaus erwarmen ohne dass es zum Sieden kommt Kleinste Storungen wie zum Beispiel Erschutterungen die eine Durchmischung nach sich ziehen konnen zu einer explosionsartigen Trennung der flussigen von der Dampfphase fuhren was man als Siedeverzug bezeichnet Zu dessen Vermeidung fugt man bei chemischen Arbeiten Flussigkeiten die zu einem Siedeverzug neigen sogenannte Siedesteinchen aus Ton oder Bimsstein hinzu die durch die Chemikalie nicht angegriffen werden aber durch ihre porose Struktur die Bildung kleiner Blasen erleichtern sodass es nicht zum Siedeverzug kommt Siehe auch Verdunstung Vergasen Evaporation Transpiration Pictet Trouton RegelSiedepunktskurve Bearbeiten Phasendiagramm von Kohlenstoffdioxid nicht massstabsgerecht Alle Temperatur Druck Wertepaare an der Phasengrenzlinie Gas Flussigkeit in einem Phasendiagramm ergeben zusammengenommen die Siedepunktskurve wobei auf ihr ein thermodynamisches Gleichgewicht herrscht Man bezeichnet die Siedepunktskurve hierbei haufig auch als Siedekurve Siedelinie Siededruckkurve oder Siedepunktkurve Diese Kurve wird dabei von zwei Punkten begrenzt Tripelpunkt Pt Ist das Druck Temperatur Wertepaar niedriger als die Tripel Temperatur beziehungsweise der Tripel Druck so ist nur noch ein Ubergang zwischen festem und gasformigem Zustand also eine Sublimation bzw Resublimation moglich Kritischer Punkt Pc Ist das Druck Temperatur Wertepaar hoher als die kritische Temperatur beziehungsweise der kritische Druck so besteht zwischen der Dichte des flussigen und der des gasformigen Zustands kein Unterschied mehr weshalb man sie auch nicht mehr durch eine Phasengrenzlinie trennt und den Stoff daher in diesem Zustand als uberkritisches Fluid bezeichnet Das Gleichgewicht der Siedepunktskurve ist ein dynamisches Gleichgewicht Aus einer Flussigkeit treten bestandig Teilchen in die Gasphase uber sie verdampfen Andererseits treten diese Teilchen auch wieder in die flussige Phase ein sie kondensieren Das Zahlenverhaltnis der aus der flussigen Phase austretenden Teilchen und der wieder in sie eintretenden Teilchen ist hierbei sowohl von der Temperatur als auch vom Druck abhangig Je hoher die Temperatur ist desto mehr Teilchen verdampfen aufgrund ihrer hoheren Geschwindigkeit siehe Maxwell Boltzmann Verteilung Je mehr Teilchen verdampfen desto hoher wird aber auch der Dampfdruck und desto mehr Teilchen kondensieren auch wieder Ein Gleichgewicht stellt sich dann ein wenn genauso viel Teilchen in die Gasphase ubertreten wie wieder in die flussige Phase zurucktreten Da in diesem Zustand die Gasphase gesattigt ist spricht man dann auch vom Sattigungsdampfdruck Die thermodynamische Gesetzmassigkeit aus der sich die Siedepunktskurve quantitativ ableitet bezeichnet man als Clausius Clapeyron Gleichung Fur Wasser lasst sich dieser Zusammenhang zwischen Sattigungsdampfdruck und Sattigungstemperatur auch uber die Naherungsgleichungen vom Typ der Magnus Formel bestimmen Gleichgewichtsanderung am Beispiel des Wassers Bearbeiten Gleichgewichtsanderung am Beispiel des Wassers Beispielhafter Ausgangspunkt Wasser befindet sich im Gleichgewicht mit seiner Gasphase beim Siedepunkt 80 C und einem Druck von 474 hPa H 2 O g H 2 O l displaystyle mathrm H 2 O g leftrightharpoons H 2 O l Die Reaktionen des Systems auf die Anderungen einzelner Zustandsgrossen laufen auf eine Verschiebung der Gleichgewichtslage hinaus Es lauft derjenige Phasenubergang verstarkt ab der die Storung wieder ruckgangig macht siehe Prinzip vom kleinsten Zwang Wird das System auf 70 C abgekuhlt so ist der Dampfdruck der Gasphase zu hoch und Wasserdampf kondensiert so lange bis der Dampfdruck den neuen Gleichgewichtswert von 312 hPa aufweist oder kein gasformiges Wasser mehr ubrig ist Wird das System auf 90 C erwarmt so ist der Dampfdruck der Gasphase zu niedrig und Wasser verdampft so lange bis der Dampfdruck den neuen Gleichgewichtswert von 702 hPa aufweist oder kein flussiges Wasser mehr ubrig ist Wird der Druck bei gleichbleibender Temperatur von 474 auf 700 hPa erhoht so ist der Dampfdruck der Gasphase zu hoch und gasformiges Wasser kondensiert so lange bis der Dampfdruck den alten Gleichgewichtswert von 474 hPa aufweist oder kein Wasserdampf mehr ubrig ist Wird der Druck bei gleichbleibender Temperatur von 474 auf 250 hPa erniedrigt so ist der Dampfdruck der Gasphase zu niedrig und Wasser verdampft so lange bis der Dampfdruck den alten Gleichgewichtswert von 474 hPa aufweist oder kein flussiges Wasser mehr ubrig ist Stoffabhangigkeit des Siedepunktes Bearbeiten Siedepunkte einiger Wasserstoffverbindungen Der Siedepunkt ist von der Starke der Bindungskrafte zwischen den kleinsten Teilchen der flussigen Phase abhangig Je starker die Bindungskrafte sind desto hoher ist der Siedepunkt da diese zunachst uberwunden werden mussten Dies wird deutlich wenn man beispielsweise HF und HCl vergleicht Im flussigen Fluorwasserstoff Siedepunkt 20 C bilden die Molekule Wasserstoffbruckenbindungen aus wahrend im flussigen Chlorwasserstoff Siedepunkt 85 C die schwacheren Dipol Dipol Wechselwirkungen vorherrschen Gleiches gilt fur den vergleichsweise sehr hohen Siedepunkt des Wassers was deutlich wird wenn man diesen mit Kohlenstoffdioxid vergleicht und den Einfluss der Molmassen mitberucksichtigt Eine Abhangigkeit des Siedepunktes von der molaren Masse bzw Molekulmasse des Stoffes spielt allenfalls eine untergeordnete Rolle Haufig korrelieren grossere die molare Massen mit hoheren Siedepunkten etwa aufgrund des damit verbundenen Volumen Die molare Masse hat jedoch anders als haufig behauptet keinen direkten Einfluss auf die kinetische Energie 3 welche benotigt wird um die zwischenmolekularen Anziehungskrafte zu uberwinden 4 Ein direkter Einfluss der molaren Masse auf die zwischenmolekularen Anziehungskrafte lasst sich schwer widerlegen da andere Einflussfaktoren schwer ausgeschlossen werden konnen Empirische Ergebnisse legen einen geringfugigen Einfluss nahe 5 Als vereinfachter Anhaltspunkt um den Siedepunkt einzuschatzen wird es dennoch verwendet So wird die Beobachtung dass Stoffe einen hoheren Siedepunkt haben als ahnliche Stoffe mit hoherer molaren Masse als Siedepunktanomalie bezeichnet Noch schwacher als Dipol Dipol Wechselwirkungen sind Londonsche Dispersionswechselwirkungen Aus diesem Grund haben beim Vergleich alle Wasserstoffverbindungen der Elemente der IV Hauptgruppe die niedrigsten Siedepunkte Die Starke der zwischenmolekularen Bindungskrafte hangt auch von der Geometrie der Molekule ab Siehe dazu die Siedepunkte der Homologen Reihe der Kohlenwasserstoffe oder der Alkohole Beispiele fur Normalsiedepunkte von Reinstoffen BearbeitenChemische Elemente Bearbeiten Die niedrigste Normalsiedetemperatur aller Elemente mit 269 C hat Helium obwohl es eine grossere molare Masse als Wasserstoff mit einer Normalsiedetemperatur von 253 C hat Dies liegt darin begrundet dass das Wasserstoffmolekul etwas leichter zu polarisieren ist als Helium und daher auch etwas starkere Van der Waals Wechselwirkungen ausbildet Die hochste Normalsiedetemperatur wird in der Literatur uneinheitlich angegeben Wolfram und Rhenium liegen beide uber 5000 C Ein Gruppenvergleich von Edelgasen Nichtmetallen Halbmetallen und Metallen zeigt dass Metalle einen deutlich hoheren Siedepunkt als Nichtmetalle haben da die Metallbindung neben der Ionen und Atombindung die starkste Bindung darstellt Ausnahmen Quecksilber hat mit 357 C eine fur Metalle ungewohnlich niedrige Normalsiedetemperatur Kohlenstoff weist einen fur Nichtmetalle extrem hohen Siedepunkt von 4827 C auf SiedepunkteMinimum Maximum Durchschnitt Grafische VeranschaulichungEdelgase 269 62 170 5 Nichtmetalle 253 4827 414 1Halbmetalle 335 3900 1741 5Metalle 357 gt 5000 2755 9Verbindungen Bearbeiten Eine der niedrigsten Normalsiedetemperaturen hat Kohlenstoffmonoxid mit 191 6 C die hochsten weisen Metallcarbide wie Titan IV carbid TiC 4820 C und Wolfram IV carbid WC 6000 C auf Eine Besonderheit liegt bei Schwefeltrioxid SO3 vor Der Schmelzpunkt einer seiner Modifikationen liegt mit 62 3 C uber der Normalsiedetemperatur von 44 8 C des flussigen Schwefeltrioxids Liegt der kritische Druck unter dem Normaldruck so kann keine Normalsiedetemperatur angegeben werden Um die Flussigkeit dennoch zum Sieden zu bringen muss dies unter niedrigerem Druck geschehen In diesem Fall muss bei der Angabe der Siedetemperatur auch der Siededruck angegeben werden was ein weiterer Grund dafur ist die Begriffe Normalsiedetemperatur und Siedepunkt strikt zu trennen Liegt der Druck des Tripelpunktes uber dem Normaldruck so wird statt der Normalsiedetemperatur die Normalsublimationstemperatur oder eine Siedetemperatur bei hoherem Siededruck angegeben Beispiel Schwefelhexafluorid SF6 sublimiert unter Normaldruck bei 63 C Viele vor allem organische und alle makromolekularen Verbindungen zersetzen sich beim Erhitzen vor Erreichen des Siedepunktes da ihre Verdampfungsenthalpie grosser ist als die einzelnen Bindungsenergien im Molekul Hier kann man keine Siedetemperatur sondern nur die Zersetzungstemperatur angeben Manche konnen allerdings unter vermindertem Druck und bei damit niedrigerer Temperatur zum Sieden gebracht werden Homogene Mehrstoffsysteme BearbeitenDie Siedepunkte homogener Gemische wie Legierungen Gasgemische oder wassrige Losungen weisen gegenuber den Reinstoffen veranderte Siedepunkte und ein verandertes Siedeverhalten auf Siedepunkterhohung Bearbeiten Wird in einem Losungsmittel ein Stoff gelost dann erhoht sich der Siedepunkt des Gemisches im Vergleich zum reinen Losungsmittel man spricht in Bezug auf den Sattigungsdampfdruck vom Losungseffekt Nach dem Raoultschen Gesetz von Francois Marie Raoult 1830 1901 ist diese Erhohung DTSdp proportional zur Stoffmenge des gelosten Stoffes Losungsmittel ebullioskopische Konstante in K kg mol 6 Wasser 0 513Methanol 0 86Ethanol 1 23Phenol 3 54Essigsaure 3 22Benzol 2 64Schwefelkohlenstoff 2 42Kohlenstofftetrachlorid 5 26Cyclohexan 2 92D T S d p K e b K n displaystyle Delta T mathrm Sdp K e cdot b K cdot n Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen fur folgende Grossen DTSdp Siedepunktserhohung Ke ebullioskopische Konstante b Molalitat des gelosten Stoffes K molare Siedepunktserhohung n Stoffmenge Der Proportionalitatsfaktor ist wie dargelegt die ebullioskopische Konstante auch Siedepunktskonstante KS also die Anderung des Siedepunktes von einem Kilogramm der Losung gegenuber dem reinen Losungsmittel wobei die Stoffmenge des gelosten Stoffes ein Mol betragt oder die molare Siedepunktserhohung die weniger gebrauchlich ist und keine Aussage zur Masse trifft So steigt beispielsweise der Siedepunkt eines Kilogramms Wasser um 0 51 K auf 100 51 C wenn man genau ein Mol irgendeines anderen Stoffes darin auflost vorausgesetzt der Stoff lost sich in Wasser und ist nicht fluchtig Lost man zwei Mol in einem Kilogramm Wasser auf so siedet das Wasser erst bei 100 C 2 0 51 C 101 02 C Es ist dabei zu beachten dass Salze in wassriger Losung dissoziieren Natriumchlorid zerfallt zum Beispiel in die Ionen Na und Cl Die Siedepunkterhohung ist daher in verdunnten Losungen doppelt so hoch wie zunachst erwartet Ein praktisches Beispiel Nudelwasser hat einen typischen Kochsalzgehalt von 10 g kg Bei einer Molmasse von 58 4 g mol entspricht dies zusammen mit oben erwahnter Verdopplung 0 34 mol kg Ionen Durch den Salzgehalt ergibt sich also eine Siedepunkterhohung von nur etwa 0 17 K Das Raoultsche Gesetz gilt nur fur ideale Losungen das sind Losungen bei denen ein Stoff nur physikalisch gelost wird Bei nichtidealen Losungen treten wahrend des Mischens energetische Erscheinungen Erwarmung oder Abkuhlung auf die in der Ausbildung von Wasserstoffbruckenbindungen oder durch Protolysen hervorgerufen werden Dadurch ergeben sich Abweichungen vom Raoultschen Gesetz Nur in sehr starker Verdunnung gilt die Formel auch bei nichtidealen Losungen in Annaherung weshalb man im Falle der idealen Losung auch von einer unendlich verdunnten Losung spricht Die Siedepunktserhohung ist zudem eine kolligative Eigenschaft und hangt daher zwar von der Teilchenzahl des gelosten Stoffes nicht jedoch von dessen Art ab Uber eine Umstellung der obigen Formel kann die Siedepunktserhohung auch zur Molmassebestimmung dienen was man als Ebullioskopie bezeichnet Ebenso von der Konzentration der gelosten Stoffe abhangig ist der Schmelzpunkt weshalb man auch von einer Schmelzpunkterniedrigung spricht Ursache fur diese Effekte ist ebenfalls eine Erniedrigung des chemischen Potentials Kombiniert man Siedepunkterhohung und Schmelzpunkterniedrigung so zeigt sich insgesamt eine Ausdehnung des thermodynamischen Zustandsbereiches der Flussigkeit zu Lasten der anderen Aggregatzustande Siedebereiche Bearbeiten Zeotrope Gemische Bearbeiten Siedediagramm TL Siedetemp des Leichtsieders TS Siedetemp des Schwersieders Rechts rot markiert Siedebereich einer 50 Mischung zwischen T1 und TS Wird eine zeotrope Mischung zweier Flussigkeiten erhitzt so beginnt sie bei einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur des Leichtsieders also desjenigen Bestandteils mit der niedrigeren Siedetemperatur zu sieden Beim Sieden gehen gleichzeitig beide Bestandteile in die Gasphase uber Dabei hat der Leichtsieder im austretenden Dampf eine hohere Konzentration als seiner Konzentration im flussigen Gemisch entspricht Deshalb reichert sich in der Flussigkeit der Schwersieder an und die Siedetemperatur steigt kontinuierlich bis zum Siedepunkt des Schwersieders Man spricht in diesem Fall von einem Siedebereich auch Siedeintervall Siedegrenze des Gemisches und nicht mehr von einem Siedepunkt 7 Die Abhangigkeit der Siedetemperatur von dem Verhaltnis der flussigen Bestandteile und das jeweils zugehorige Verhaltnis im verdampfenden Gas werden im Siedediagramm rechts dargestellt Der freie Bereich in der Mitte in dem weder Gas noch Flussigkeit existieren konnen wird wegen seiner Form Siedelinse genannt Am rechten Rand ist der Siedebereich einer Losung mit 50 Stoffmengenanteil markiert Dieses Verhalten wird technisch genutzt um Konzentrationen von Einzelkomponenten in Gemischen durch Destillation oder Rektifikation zu erhohen Azeotrope Gemische Bearbeiten Siedediagramm azeotroper Gemische Sdp 1 Siedepunkt der Reinstoffkomponente 1 Sdp 2 Siedepunkt der Reinstoffkomponente 2 x Stoffmengenanteil von Komponente 2 im azeotropen Gemisch Bei azeotropen Stoffgemischen hat die Siedetemperatur des Stoffgemisches bei einem bestimmten Stoffmengenverhaltnis einen Extremwert Dieser Wert liegt ausserhalb des Temperaturintervalles das durch die Siedetemperaturen der beiden Reinstoffe aufgespannt wird Bei diesem besonderen Mischungsverhaltnis liegt ein Siedepunkt und kein Siedebereich vor Beispiele Wasser Sdp 100 C und HCl Sdp 85 C azeotropes Gemisch mit 20 2 HCl Sdp 108 6 C Wasser Sdp 100 C und Ethanol Sdp 78 3 C azeotropes Gemisch mit 96 Ethanol Sdp 78 2 CBedeutung fur die Lebewesen BearbeitenDas Siedeverhalten des Wassers fuhrt unter den physikalischen Bedingungen auf der Erde dazu dass Wasser in grossen Mengen als Flussigkeit existiert Dies ist eine der grundlegenden Voraussetzungen fur die Entwicklung von Lebewesen Bei einem niedrigeren Luftdruck oder hoheren Temperaturen des Wassers ware dies anders und wurde dazu fuhren dass Gewasser binnen kurzester Zeit verdampfen und somit auch eine wichtige Bedingung fur das Leben uberhaupt namlich flussiges Wasser wesentlich seltener anzutreffen ware Bei einem hoheren Luftdruck bzw einer niedrigeren Temperatur wurde jedoch immer weniger Wasser verdunsten konnen und somit wurde die Voraussetzung fur Niederschlage namlich gasformiges Wasser in der Atmosphare immer seltener was beispielsweise eine Einschrankung der Susswasservorkommen nach sich ziehen wurde Anwendungen BearbeitenAnalytische Chemie Der Siedepunkt ist eine spezifische Stoffeigenschaft Somit lassen sich Reinstoffe anhand ihres Siedepunktes charakterisieren Destillation bzw fraktionierte Destillation eine Methode zur Trennung eines Stoffgemisches aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte der Einzelkomponenten Der niedersiedende Stoff wird vom hohersiedenden Stoff durch Verdampfen abgetrennt Die Ebullioskopie lat bulla Siedeblase gr skopein betrachten ist eine Methode zur Bestimmung der molaren Massen durch Siedepunktserhohung Da Siedepunktserhohungen kleiner ausfallen als Gefrierpunktserniedrigungen wird in der Regel die Kryoskopie bevorzugt Bei beiden Methoden findet ein spezielles Thermometer seine Anwendung das 1888 von Ernst Otto Beckmann 1853 1923 entwickelt wurde das Beckmann Thermometer Es hat eine Skala die nur ungefahr 6 umfasst kann jedoch auch auf 0 01 Grad genau abgelesen werden Der Nullpunkt der Skala kann auf die jeweils gewunschte Temperatur eingestellt werden Schnellkochtopf Wird Wasser in einem luftdicht verschlossenen Topf erhitzt kann die Temperatur des flussigen Wassers uber 100 C steigen weil der Siededruck und damit auch der Siedepunkt sich erhohen Dadurch kommt es zu einer schnelleren Garung Hohenmessung Da der Luftdruck mit zunehmender Hohe sinkt sinkt auch der Siedepunkt Als Faustregel gilt Der Siedepunkt wird pro 300 m um etwa ein Grad abgesenkt So lasst sich durch die Bestimmung der Siedetemperatur von reinem Wasser die jeweilige Hohe uber dem mittleren Meeresspiegel abschatzen Bestimmung der Siedepunkte von organischen Stoffen Bearbeiten Apparatur zur Bestimmung des Siedepunktes Der Siedepunkt ist eine Stoffeigenschaft Die Kenntnis des Siedepunktes ermoglicht Ruckschlusse auf den vorliegenden Stoff In Nachschlagewerken z B CRC Handbook of Chemistry and Physics oder Taschenbuch fur Chemiker und Physiker befinden sich Tabellen uber Siedepunkte von Stoffen und Stoffgemischen Aus den Tabellenwerten kann man die vermuteten Verbindungen haufig abschatzen Der Siedepunkt kann auch als ein Kriterium der Stoffreinheit eines bekannten Stoffes genutzt werden Fur destillative Stofftrennungen eignet sich eine Vigreuxkolonne Bei Stoffmischungen kann es auch vorkommen dass mehrere Stoffe bei dem gleichen Siedepunkt uberdestillieren das Stoffgemisch bildet dann ein Azeotrop Bestimmung des Siedepunktes mit einfachen Mitteln Fur einfache Ermittlungen der Siedetemperatur benotigt man ein Reagenzglas oder einen Kolben mit einem seitlichen Ansatzrohr mit durchbohrtem Gummistopfen und Thermometer ein Stuck Gummischlauch ein Glasrohr ein Paraffinbad eine Heizquelle und ein Becherglas mit Kuhlwanne Entsprechend der Abbildung Apparatur zur Bestimmung des Siedepunktes wird die eine entsprechende Destillationsvorrichtung aufgebaut Das Reagenzglas mit Ansatzrohr sollte zu einem Drittel mit dem zu untersuchenden Stoff gefullt werden Zur Verhinderung von Siedeverzugen fugt man noch einige Siedesteinchen hinzu Die untere Spitze des Thermometers sollte wenige Zentimeter uber der Flussigkeitsoberflache angebracht sein Fur eine genauere Temperaturermittlung kann statt eines Quecksilberthermometers auch ein digitaler Temperaturfuhler Genauigkeit 0 1 C durch den Gummistopfen eingebracht werden Fur eine sehr exakte Bestimmung des Siedepunktes mussen zwei mogliche Fehlerquellen beachtet werden Falls ein Quecksilberthermometer zur Bestimmung des Siedepunktes genutzt wird muss das Thermometer sehr weit in das Reagenzglas hineinragen Durch die deutlich kuhlere Umgebungsluft wird das Quecksilber das sich nicht im Innenraum der Dampfzone befindet abgekuhlt Der dabei entstehende Temperaturfehler wird annahernd durch die Formel DT 0 000154 n T t beschrieben n Lange cm des herausragenden Teilstuckes T beobachtete Siedetemperatur t Temperatur der Umgebungsluft 8 Falls der Luftdruck von 760 mm Quecksilbersaule abweicht so muss ein weiterer Korrekturfaktor des Siedepunktes berucksichtigt werden Uberschlagig fuhrt eine Druckabweichung von 0 36 2 4 mm Quecksilbersaule zum Normaldruck zu einer Siedepunktabweichung von mindestens 0 1 C 9 Einzelnachweise Bearbeiten ChemgaPedia Glossar Siedepunkt Pure Appl Chem Vol 54 No 6 S 1239 1250 1982 Volltext PDF Datei 227 kB Erwin Riedel Allgemeine und Anorganische Chemie 10 Auflage De gruyter Studium Berlin New York 2010 ISBN 978 3 11 022781 9 S 144 Hans Peter Latscha Helmut Alfons Klein Martin Mutz Allgemeine Chemie Springer Lehrbuch Springer Berlin Heidelberg Berlin Heidelberg 2011 ISBN 978 3 642 17522 0 S 168 doi 10 1007 978 3 642 17523 7 springer com abgerufen am 30 April 2021 Michael Laing Boiling Points of the Family of Small Molecules CHwFxClyBrz How Are They Related to Molecular Mass In Journal of Chemical Education Band 78 Nr 11 2001 ISSN 0021 9584 S 1544 doi 10 1021 ed078p1544 acs org abgerufen am 30 April 2021 David R Lide Hrsg CRC Handbook of Chemistry and Physics 90 Auflage Internet Version 2010 CRC Press Taylor and Francis Boca Raton FL Ebullioscopic Constants for Calculation of Boiling Point Elevation S 15 27 S Scholl Henning Foste Verfahrenstechnisches Labor Rektifikation PDF 2 1 MB abgerufen am 9 November 2013 Ber d Deut Chem Ges 22 3072 Ber d Deut Chem Ges 20 709 Normdaten Sachbegriff GND 4181212 8 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Siedepunkt amp oldid 216469374, wikipedia, wiki, deutsches

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