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Grob näherungsweise Berechnung der Sättigungsdaten eines Stoffes bei Kenntnis nur eines einzigen Datenpunktes

Mittwoch, Januar 6th, 2010

In dem grundlegenden Artikel “Stoffwerte von Flüssigkeiten und realen Gasen- berechnet mit Gesetzmäßigkeiten kritischer Phänomene” vom 7. Mai 2009 ist erklärt, wie auch weitab vom kritischen Zustand Näherungen der Siede- und Taudichten bzw. dieser Volumina temperaturabhängig für reine Stoffe auf der Grundlage einer Erweiterung von Gesetzmäßigkeiten kritischer Phänomene berechnet werden können.

Voraussetzung dazu ist die Kenntnis nur des kritischen Drucks, der kritischen Temperatur und der Volumina am Siedepunkt für Flüssigkeit und Dampf bei einem niedrigen Dampfdruck (z. B. beim normalen Umgebungsdruck von 0.1013 MPa)

Die erforderlichen Berechnungen dazu können programmiert werden. Das vorliegende Programm wurde zur Berechnung all der Stoffdaten angewendet, die in den einzelnen für reine Stoffe bisher gezeigten Beispielen (Tritium, Helium, Uranhexafluorid, Dioxan,…….) genannt sind.

Im gen.  Artikel vom 7.Mai 2009 wird auf  eine neue Möglichkeit der näherungsweisen Bestimmung kritischer Daten eines Stoffes hingewiesen. Die Formulierung der Theorie und des Rechengangs dazu ist in einer Broschüre ” Stoffwerte von Flüssigkeiten und Gasen- berechnet mit Gesetzmäßigkeiten kritischer Phänomene” (ISBN 978-3-00-027253-0) dargelegt. Allerdings ist darauf hinzuweisen, daß die Ergebnisse bei der Berechnung der kritischen Temperatur und des kritischen Drucks nur grobe Näherungen sein können, da nur ein einziger Druck-, Temperatur-, Volumendatenpunkt des jeweiligen Stoffes ohne Berücksichtigung der chemischen Strucktur als Ausgangspunkt der Berechnung bekannt sein muß.

Die Rechnung kann also nur dann sinnvoll sein, wenn für den zu untersuchenden Stoff  fast keine bzw. nur wenige Meßwerte vorliegen. Eine wenigstens grobe Einschätzung der kritischen Größen eines Stoffes, für den z. B. außer den Werten des normalen Siedepunktes noch keine weiteren Angaben vorliegen, ist so immer möglich.

Dies bedeutet letzlich, daß es bei Kenntnis nur allein der Werte des normalen Siedepunktes möglich ist, die Siede- und Tauvolumina (bzw. Dichten) temperaturabhängig als Näherungen  zu berechnen. Dies ergibt sich entsprechend des gen. Artikels vom 7.Mai 2009. Da für die Berechnung nur allein die als bekannt vorausgesetzten Daten des normalen Siedepunktes (oder eines anderen Datenpunktes bei niedrigem Dampfdruck ) vorausgesetzt werden, sind die berechneten Sättigungsvolumina bzw. Dichten Näherungen, die in der Umgebung des normalen Siedepunktes erfreulich wenig von Meßwerten abweichen (wobei die Flüssigkeitswerte besser als die berechneten Sattdampfwerte wiedergegeben werden).

Für höhere Temperaturen bei zunehmender Annäherung an die kritische Temperatur werden die Ergebnisse schlechter.

Zusammenfassend ist zu sagen: Es erweist sich als möglich, nur allein mit den Temperatur- und Volumen-  Angaben zum normalen Siedepunkt (oder eines anderen Datenpunktes niedrigen Dampfdrucks) die Siede- und Sattdampfvolumina eines Stoffes temperaturabhängig als Näherung in der Umgebung dieses Punktes zu berechnen.

Um das zu zeigen, sind nachfolgend einige Beispiele für verschiedene Stoffe genannt. Die Berechnungen dazu wurden jeweils nur mit den Daten des normalen Siedepunktes ausgeführt.

Dioxan C4H8O2

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Methanol CH3OH

 

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Essigsäure CH3COOH

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Pyridin C5H5N

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Rechnungen auch zu anderen Stoffen bei Voraussetzung nur eines einzigen bekannten  p,v,T-Datenpunktes bestätigen immer wieder die gut mit Meßwerten übereinstimmenden Ergebnisse für Sättigungsdaten. Dies bedeutet letzlich, daß man zur grob näherungsweisen Einschätzung des Zustandsverhaltens eines noch nicht näher vermessenen Stoffes nur die Sättigungsdichten bei einer Temperatur niedrigen Dampfdrucks (z. B. beim normalen Siedepunkt) benötigt.