Gegeben ist eine Flüssigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht mit ihrer Dampfphase: Adsorption zu Reflexion?
Angenommen im betrachteten System steht eine Flüssigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht mit ihrer Dampfphase. Werden (nahezu) 100% der Gasmoleküle, die auf die Flüssigkeit auftreffen adsorbiert (später absorbiert) und entsprechend viele Flüssigkeitsmoleküle verlassen im betrachteten Zeitraum die Oberfläche? Oder werden nur 50% der auftreffenden Gasmoleküle adsorbiert und 50% werden reflektiert? - Entsprechend weniger Flüssigkeitsmoleküle verdampfen im Gleichgewicht.
Oder liegt das Verhältnis adsorbierter Gasmoleküle zu reflektierten Gasmolekülen weit auf der Seite der reflektierten Gasmolekülen?
1 Antwort
Werden (nahezu) 100% der Gasmoleküle, die auf die Flüssigkeit auftreffen adsorbiert (später absorbiert) und entsprechend viele Flüssigkeitsmoleküle verlassen im betrachteten Zeitraum die Oberfläche?
Ich denke nicht, denn wie Du sicherlich selber weißt, haben die Moleküle keine einheitliche kinetische Energie, da ihre Geschwindigkeit der Maxwellschen Verteilung gehorchen. Die Abläufe sind somit wesentlich von der Temperatur bestimmt.
Aber ob langsam oder schnell, wenn es auf die Oberfläche trifft, sollte es in aller Regel adsorbiert werden.
Würde das nicht bedeuten, dass dann die Dampfphase früher oder später vollständig an Teilchen verarmt. Aber ich kann auch nur spekulieren, Thermodynamik war noch nie mein Lieblingsgebiet. Vielleicht schreibt ja Indianchinacook hierzu etwas Erhellendes.
Würde das nicht bedeuten, dass dann die Dampfphase früher oder später vollständig an Teilchen verarmt.
Nein, es verdampfen ja auch immer Teilchen. Im thermodynamischen Gleichgewicht sind die hin- und weg-Stoffströme (und Wärmeströme) niemals null, sondern es ist immer nur der Nettostrom null.
Mich interessieren aber jetzt die beiden Bruttoströme.
Nein, es verdampfen ja auch immer Teilchen. Im thermodynamischen Gleichgewicht sind die hin- und weg-Stoffströme (und Wärmeströme) niemals null, sondern es ist immer nur der Nettostrom null.
Eben! Warum sollten sie verdampfen, wenn alles an der Oberfläche adsorbiert würde.
Die Vorstellung ist im Allgemeinen, dass alles was aus der Gasphase pro Zeit und Flächeneinheit reinkommt absorbiert wird und ebenso viel aus den oberen Lagen der Flüssigkeit verdampfen. Z.B. Teilchen 100g/mol schwer, 298K, Druck 0,01bar, dann gilt mittlere Geschwindigkeit c
c= ((8R*298)/(pi*100E-3))^0,5 = 251m/s
n/V = 0,01E5/(R*298) = 0,4mol/m³
Stöße auf die Oberfläche Zw = 0,25*n/V*c = 0,25*0,4*251=25,3 mol/(m²s) oder 2,5 kg/(m²s)
So viel nimmt im thermodynamischen Gleichgewicht im Beispiel 1m² Flüssigkeit pro Sekunde aus der Gasphase auf. Entsprechend verliert die Flüssigkeit pro Sekunde 2,5kg. Der Nettostrom ist also null, aber die beiden Bruttoströme sind groß. Solche Berechnungen sind ziemlich nützlich, wenn man z.B. die Leistung eines Dünnschichtverdampfers überschlagsmäßig berechnen will.
So wird das eigentlich immer gerechnet. Aber ich möchte das mal in Beziehung zur Oberflächenspannung setzen u.s.w.
Ich bin nicht mehr drin im Thema, das ist alles viel zu lange her, dass ich mich damit beschäftigt habe. Ich komme bei meiner Rechnung auch auf eine mittlere Geschwindigkeit der Gasteilchen von 251 m/s. Ich sehe aber nicht so recht, wo da der Druck eingeht. Auch wenn ich Deine Rechnung nun mühsam nachvollziehen konnte, ich war eher der Praktiker im Labor. Und von daher weiß ich, dass die Adsorptions- und Resorptionsgleichgewichte ganz wesentlich auch von den Geschwindigkeiten der Teichen abhängen. Beispielsweise bei den chromatographischen Verfahren hängen die Trennqualitäten sehr deutlich von den Strömungsgeschwindigkeiten der mobilen Phasen ab. Wenn man die Trägergase bei der GC zu weit hochdreht, bleibt für die Gleichgewichtseinstellung Gas/Flüssig zu wenig Zeit und die Trennleistung der Säule geht in den Keller. Gleiches gilt für die LC oder HPLC, wenn mann die mobile Phase zu schnell durchlaufen lässt. Ich denke das diese Prinzipien auch auf die homologen Gas/Flüssig-Phasen anwendbar sind. Ohne das jetzt rechnen zu können.
Aber ob langsam oder schnell, wenn es auf die Oberfläche trifft, sollte es in aller Regel adsorbiert werden.
Vielleicht muss man noch die Oberflächenspannung (die auch eine Oberflächenenergie ist) mit einbeziehen, und über den van-der-Waals-Radius die Fläche berechnen, das Ganze mit Maxwell-Boltzmann-Verteilung ... Aber ich habe es immer so gelernt, dass nahezu jedes Molekül das auftrifft (Berechnung über Stöße auf einen Wand) adsorbiert wird und später absorbiert.
Aber stimmt das auch? Und wie sieht es mit Fremdgasen aus, solange die Flüssigkeit unbeladen ist?