Peter W. Atkins

Physikalische Chemie


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weit voneinander entfernt sind und ihre Bewegungen von zwischenmolekularen Wechselwirkungen nur in sehr geringem Maß beeinflusst werden.

      ■ Das Wichtigste in Kürze: Jede Substanz wird durch eine Zustandsgleichung beschrieben. (a) Der Druck – eine Kraft dividiert durch eine Fläche – liefert ein Kriterium für das mechanische Gleichgewicht von Systemen, die ihr Volumen ändern können. (b) Zur Messung von Drücken verwendet man ein Manometer. (c) Die Temperatur liefert über den Nullten Hauptsatz der Thermodynamik ein Kriterium für das thermische Gleichgewicht.

      Der physikalische Zustand eines Stoffs ist durch seine physikalischen Eigenschaften definiert: Zwei Proben einer Substanz mit gleichen physikalischen Eigenschaften befinden sich im gleichen Zustand. Durch Angabe der Werte für Volumen (V), Stoffmenge (n), Druck (p)und Temperatur (T) wird beispielsweise der Zustand eines reinen Gases spezifiziert. Wie experimentell nachgewiesen wurde, genügt es allerdings, Werte für drei dieser Variablen anzugeben; damit ist der Wert der vierten festgelegt. Mit anderen Worten: Das Experiment zeigt, dass ein reines Gas durch eine Zustandsgleichung beschrieben wird, die einen Zusammenhang zwischen den vier Variablen angibt.

      Die allgemeine Form einer solchen Zustandsgleichung lautet

      (1-1)image

      Druck

      Der Druck ist definiert als Kraft dividiert durch die Fläche, auf die die Kraft wirkt,

      Übung 1-1

      Berechnen Sie den Druck (in Pascal und Atmosphären), den eine Masse von 1.0 kg ausübt, die über die Fläche einer Stecknadelspitze (1.0 × 10–2 mm–2) auf die Erdoberfläche drückt. Hinweis: Eine Masse m übt infolge der Erdbeschleunigung g die Kraft mg auf die Erdoberfläche aus. Den Standardwert von g finden Sie auf der vorderen inneren Umschlagseite. [0.98 GPa, 9.7 × 103 atm]

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      Druckmessung

      Der Atmosphärendruck wird mittels eines Barometers gemessen. Die Urform des Barometers (erfunden von Torricelli, einem Schüler Galileis) bestand aus einem umgedrehten, am oberen Ende zugeschmolzenen Rohr, gefüllt mit Quecksilber. Wenn sich die Quecksilbersäule im mechanischen Gleichgewicht mit der Atmosphäre befindet, ist der Druck am unteren Rohrende gleich dem Atmosphärendruck. Daraus folgt, dass die Höhe der Säule proportional zum Atmosphärendruck ist.

Name Symbol Wert
Pascal 1 Pa 1 N m–2 = 1 kg m–1 s–2
Bar 1 bar 105 Pa
Atmosphäre 1 atm 101.325 kPa
Torr 1 Torr (101 325/760) Pa = 133.32... Pa
mm Quecksilbersäule 1 mmHg 133.322... Pa

      Beispiel 1-1 Die Berechnung des Drucks einer Flüssigkeitssäule

      Antwort Wenn die Säule die Querschnittsfläche A hat, ist ihr Volumen Ah und ihre Masse m = ρAh. Die von dieser Säule auf ihre Grundfläche ausgeübte Kraft ist dann

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      Der Druck am unteren Ende der Säule ist damit

      (1-3)image

      Der Druck hängt nicht von