Befindet sich Wasserdampf bei 1 atm und bei Raumtemperatur in einem metastabilen Zustand?

Befindet sich Wasserdampf bei 1 atm und Raumtemperatur in einem metastabilen Zustand? So wie ich es verstehe, ist Wasserdampf Wasser in einem gasförmigen Zustand, wenn die stabile Phase von Wasser unter dieser Temperatur und diesem Druck flüssig und nicht gasförmig ist. Ich verstehe, dass Wasserdampf das Ergebnis von Verdunstung sein kann, bei der Wassermoleküle in der Nähe der Wasseroberfläche genügend Energie aus thermischen Schwankungen gewinnen können, um der Anziehung durch andere Wassermoleküle aus der Flüssigkeit zu entgehen und frei in die Luft zu gelangen. Ich verstehe auch, dass, wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist, die Rate, mit der Wassermoleküle aus der Flüssigkeit entweichen, gleich der Rate ist, mit der Wasserdampfmoleküle in die Flüssigkeit kondensieren, aber das ist meiner Meinung nach neben der ursprünglichen Frage.

Wenn die Antwort ja ist, bedeutet dies, dass thermische Schwankungen dem System helfen, ein thermodynamisches Gleichgewicht zu erreichen, das einer Koexistenz eines stabilen und metastabilen Wasserzustands entspricht, im Gegensatz zu einem stabilen Wasserzustand? Wenn ja, dann verstehe ich nicht wirklich, warum das thermodynamische Gleichgewicht nicht nur einen stabilen Zustand impliziert, sondern die Existenz eines metastabilen Zustands erzwingt. Hier hätte ich gerne eine Erklärung.

Wenn die Antwort nein ist, bedeutet dies, dass im System flüssiges Wasser + Luft das thermodynamische Gleichgewicht einer gesättigten Luft mit Wasserdampf sowie einer flüssigen Phase entspricht (vorausgesetzt, es war genügend flüssiges Wasser vorhanden, um die Luft zu sättigen), so dass die Der Wasserdampfdruck in der Flüssigkeit entspricht dem des Wasserdampfes in der Luft. Wenn ja, dann verstehe ich nicht wirklich, was Temperatur-Druck-Phasendiagramme von Wasser darstellen. Sie scheinen nicht unbedingt den Gleichgewichtszustand von Wasser unter den angegebenen T und P darzustellen. Oder vielleicht tun sie das, gelten aber nur für ein System, das vollständig aus Wasser und nicht aus Wasser + Luft besteht. Diese letzte Vermutung scheint richtig zu sein, habe ich recht?

Ja. Das Phasendiagramm für Wasser gilt für reines Wasser. Und der Druck bei einer gegebenen Temperatur ist der Gleichgewichtsdampfdruck. Bei einem Gemisch aus Luft und Wasser liegt der Sättigungspartialdruck von Wasserdampf in der Gasphase sehr nahe am Gleichgewichtsdampfdruck.
Wenn Sie „Ja“ sagen, meinen Sie „Ja“ zu der Frage, die ich gestellt habe? Die letzte, die des Titels oder eine andere? Und wenn Sie sagen: "Der Sättigungspartialdruck von Wasserdampf in der Gasphase liegt extrem nahe am Gleichgewichtsdampfdruck." Ich bin mir nicht sicher, was mit Sättigungspartialdruck gemeint ist. Wenn dies der Sättigungsdruck ist, verstehe ich nicht, warum er sich vom Gleichgewichtsdampfdruck unterscheiden würde. Fühlen Sie sich frei, näher darauf einzugehen.
Das Ja bezieht sich auf das, was ich in meinem nächsten Satz gesagt habe. In Bezug auf den Sättigungspartialdruck meinte ich, dass, wenn die Gasphase mit Wasserdampf gesättigt ist (dh Taupunkt), der Partialdruck des Wasserdampfs in der Gasphase gleich dem Gleichgewichtsdampfdruck ist.
Wasserdampf in einem metastabilen Zustand existiert als unterkühlter Dampf, aber kaum bei 1 atm und Raumtemperatur. Übrigens, geht es bei dieser Frage um Wasser oder um das System Luft / Wasser?
@aventurin Die Frage betrifft das System Luft/Wasser. Also alles Hinweise darauf, dass meine letzte Vermutung die richtige Antwort ist, dh dass die Antwort auf die Titelfrage nein ist, und dass das thermodynamische Gleichgewicht des Systems Luft/Wasser erreicht wird, wenn der Dampfdruck von Wasserdampf in Wasser und derjenige in Luft Streichhölzer. Wenn das System nur Wasser wäre (z. B. in einem geschlossenen, nicht starren Plastikbeutel), würde es unter diesem Druck und dieser Temperatur keinen Wasserdampf geben. Fühlen Sie sich frei, eine Antwort zu schreiben, da die aktuelle nicht zufriedenstellend ist.

Antworten (2)

Metastabiler Wasserdampf liegt als unterkühlter Dampf oder in übersättigter Luft vor, zB in Abwesenheit von Wolkenkondensationskernen .

Bei Raumtemperatur und einem Druck von 1 atm existiert übersättigte Luft, aber ich bezweifle, dass es möglich ist, unter diesen Bedingungen reinen unterkühlten Wasserdampf herzustellen.

Das übliche Phasendiagramm von Wasser beschreibt Wasser als reinen Stoff, nicht als n-äres Gemisch mit Gasen. Gemäß diesem Zustandsdiagramm ist Wasser bei flüssig 20 ° C Und 1   A T M ( 1013.25   H P A ).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Allerdings, wenn Sie der Linie folgen T = 20 ° C finden Sie einen Schnittpunkt mit der Kurve, die Dampf- und Flüssigphase trennt. Der Druck an diesem Punkt ( 23   H P A ) wird als Dampfdruck bei bezeichnet 20 ° C . Dies entspricht ungefähr dem Partialdruck von Wasser in gesättigter Luft bei gleicher Temperatur. Man kann sich also Luftmoleküle als bloße Zuschauer vorstellen, die nicht zum „Wasserdruck“ beitragen.

Fazit: Die Antwort wäre nein unter der zusätzlichen Annahme, dass die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Wenn Luft jedoch mit Wasserdampf übersättigt ist, dann wäre der Wasserdampf in einem mestastabilen Zustand und die Antwort wäre ja.

Gut gemacht. Wenn ich es richtig verstehe, ist die Antwort auf meine Titelfrage ein Nein. Im System Luft + Wasser befindet sich Wasserdampf bei Raumtemperatur und 1 atm in einem stabilen Zustand. Wenn Sie einfach "Die Antwort auf Ihre Titelfrage ist ein Nein" oder so etwas hinzufügen könnten, würde ich Ihre Antwort gerne annehmen.
Ich wage nicht, nein zu sagen, da, wie gesagt, das System Wasser + Luft bei 1 atm und Raumtemperatur mit Wasserdampf übersättigte Luft enthalten könnte. Dies würde ein metastabiles System ergeben. Die Antwort wäre nein unter der zusätzlichen Annahme, dass die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist.
Ok, wenn Sie hinzufügen könnten: „Die Antwort wäre nein unter der zusätzlichen Annahme, dass die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Wenn Luft jedoch mit Wasserdampf übersättigt ist, dann wäre der Wasserdampf in einem mestastabilen Zustand und die Antwort wäre ja. ", es wäre toll. Ich werde Ihre Antwort akzeptieren, weil ich bereits zufrieden bin. Vielen Dank!

Eine Flüssigkeit benötigt notwendigerweise viele Wassermoleküle, um sich zu sammeln.

Sie könnten fragen, wie viele erforderlich sind, bevor es als Flüssigkeit betrachtet wird?

Wenn die Antwort "mehr als eins" lautet, dann ja, Wasserdampfmoleküle in der Luft kollidieren ständig miteinander.

Erst wenn die Bedingungen des Stoßes zu einer Kombination aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen führen, entsteht eine Flüssigkeit.

Diese Bindungen können kurzzeitig bestehen, bevor sie aufgebrochen werden – in diesem Fall wird die Flüssigkeit wieder zu einem Gas. Ich bin mir nicht sicher, was Sie in diesem Zusammenhang mit metastabil meinen , aber es könnte als bistabil bezeichnet werden .

Tatsächlich verhält sich Wasser in Luft anders als im Vakuum.

Ein Vakuum kann ein leerer Raum und daher ein niedriger Druck sein, aber wenn Wasserdampf in einem Stahlkasten komprimiert und gekühlt wird, kann unter Luftabschluss ein höherer Druck erreicht werden und er verflüssigt sich.

Ideale PT-Diagramme für Wasser sollten ohne Luft sein. Es ist eine gute Annäherung an das Verhalten in Gegenwart von Luft.

Note ist eigentlich eine ganz besondere Flüssigkeit (oder vielleicht haben wir nur mehr Zeit damit verbracht, sie zu studieren). Von der ersten Beobachtung an, dass der Feststoff auf der Flüssigkeit schwimmt, liefert er weiterhin Geheimnisse.

Ich bin mir nicht sicher, wie das meine Frage(n) beantwortet. Wie auch immer, mit metastabil meine ich einen Zustand wie Diamant bei 1 atm und Raumtemperatur. Es befindet sich in keinem stabilen Zustand, sondern wandelt sich langsam in Graphit um. Es befindet sich in einem metastabilen Zustand.
OK, mein Fehler, ich habe en.wikipedia.org/wiki/Metastability nachgeschlagen. Sie könnten sagen, dass der Wasserdampf einen höheren energetischen stabilen Zustand für das Wasser in Ihrem System darstellt, und dann Metastabilität dafür beanspruchen. Daher lautet die Antwort auf Ihre erste Frage ja.
Die zweite Frage, ja, die stabilen (flüssigen) und metastabilen (Wasserdampf) Zustände sind im Gleichgewicht; wobei sich Wasser in gleicher Menge zwischen den beiden bewegt. Dies ist möglich, weil die Energie nicht gleichmäßig über das geschlossene System verteilt ist. Die Schwerkraft zieht die Moleküle mit niedriger Energie näher zusammen, wodurch die Möglichkeit einer Kollision erhöht wird, wodurch ein Molekül mit höherer Energie wieder freigesetzt wird.
Ich glaube nicht, dass das richtig ist. Aus den Kommentaren, die ich bekomme, scheint sich Wasserdampf nicht in einem metastabilen Zustand zu befinden. Darüber hinaus bezweifle ich auch, dass die Schwerkraft die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine Kollision ein Molekül mit höherer Energie wieder freisetzt. Wenn Sie diese Behauptung mit etwas Mathematik untermauern können, würde ich mich sehr freuen, daraus zu lernen.
Wenn mehr als ein Zustand unterschiedlicher Energie beteiligt ist, muss er metastabil sein. Der Wasserdampf ist zwar nicht metastabil, aber diese Aussage schließt das flüssige Wasser als Zustand aus.
Befindet sich Wasserdampf bei 1 atm und bei Raumtemperatur in einem metastabilen Zustand?
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