Rechner zum Raoultschen Gesetz

Das Raoultsche Gesetz verknüpft den Dampfdruck über einer idealen Flüssigkeitslösung mit deren Zusammensetzung. Für jede flüchtige Komponente entspricht der Dampfpartialdruck ihrem Stoffmengenanteil in der Flüssigphase multipliziert mit dem Dampfdruck des Reinstoffs bei derselben Temperatur. Die Summe aller Partialdrücke ergibt den Gesamtdruck über dem Gemisch. Dieser Rechner führt diese Schritte für zwei bis fünf Komponenten aus und verwendet durchgehend die gewählte Druckeinheit. Der Stoffmengenanteil einer Komponente ist ihre Stoffmenge geteilt durch die Gesamtstoffmenge aller eingegebenen Komponenten. Stoffmengenanteile sind dimensionslos und ergeben zusammen eins. Enthält eine Lösung zwei Mol Ethanol und drei Mol Wasser, betragen die Anteile 0.4 und 0.6. Jeder Anteil wird mit dem entsprechenden Reinstoffdampfdruck multipliziert, um den Partialdruck zu erhalten. Bei Reinstoffdrücken von 44.6 und 23.8 mmHg ergeben sich 17.84 und 14.28 mmHg, insgesamt also 32.12 mmHg. Die Temperatur wird nicht direkt eingegeben, da der Rechner Reinstoffdampfdrücke voraussetzt, die bereits für eine gemeinsame Temperatur bestimmt wurden. Der Reinstoffdampfdruck hängt stark von der Temperatur ab. Tabellenwerte oder mit einer Antoine-Gleichung berechnete Werte müssen daher zur tatsächlichen Systemtemperatur passen. Auch die Druckeinheiten müssen einheitlich sein. Die Auswahl von kPa oder mmHg ändert nur die Beschriftung und rechnet eingegebene Zahlen nicht um. So lassen sich einheitliche Quelldaten direkt nutzen. Das Raoultsche Gesetz gilt exakt für eine ideale Lösung, in der Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Molekülen denen zwischen gleichen Molekülen ähneln. Chemisch ähnliche Gemische, etwa bestimmte Kohlenwasserstoffpaare, können dieses Verhalten annähern. Reale Lösungen zeigen häufig positive oder negative Abweichungen. Schwächere Wechselwirkungen zwischen ungleichen Molekülen können den Dampfdruck gegenüber der idealen Vorhersage erhöhen, stärkere Anziehungskräfte können ihn senken. Bei relevanten Abweichungen sind Aktivitätskoeffizienten erforderlich. Manche Gemische bilden zudem Azeotrope, die einfache ideale Rechnungen nicht korrekt vorhersagen. Die Methode wird häufig als erstes Modell für Destillation, Flash-Berechnungen, Lösungsmittelformulierung und Verdunstungsanalysen genutzt. In der Destillation lässt sich durch den Vergleich der Partialdrücke erkennen, welche Komponente sich im Dampf anreichert. Im Labor können Lösungsmittelverluste abgeschätzt werden, während Lernende die Flüssigkeitszusammensetzung mit dem Daltonschen Gesetz für die Gasphase verknüpfen. Das Ergebnis ist eine Gleichgewichtsabschätzung, keine Verdunstungsrate. Luftströmung, Fläche, Wärmeübertragung und Stofftransportwiderstand bestimmen, wie schnell sich das Gleichgewicht einstellt. Als normale Eingaben sollten nur flüchtige Flüssigkeitskomponenten erfasst werden. Ein nichtflüchtiger gelöster Stoff wie Salz oder Zucker trägt praktisch keinen Dampfdruck bei, verringert aber den Stoffmengenanteil des Lösungsmittels. Für genaue Berechnungen sind alle Spezies bei der Ermittlung der Flüssigphasenanteile einzubeziehen, verlässliche Reinstoffdampfdruckdaten zu verwenden und Nichtidealitäten zu bewerten. Dieser Rechner eignet sich für nachvollziehbare ideale Gemischrechnungen, Unterrichtsaufgaben und erste Vergleiche vor dem Einsatz eines Aktivitätskoeffizienten- oder Zustandsgleichungsmodells.