Tabellensammlung Chemie/ Stoffdaten Wasser

Aus Wikibooks
Wechseln zu: Navigation, Suche
Wikipedia-logo-v2-de.svg
Wikipedia hat einen Artikel zum Thema:
Wasser

Kerndaten[Bearbeiten]

Dichte 0,999975 kg/dm³ (3,98 °C)
Molmasse 18,01528 g/mol
Schmelzpunkt 0,002519 °C (bei 1013,25 hPa)
Siedepunkt 99,9743 °C nach ITS-90 (bei 1013,25 hPa)
Tripelpunkt 0,01 °C / 611,66 Pa
kritischer Punkt 373,946 °C / 22,064 MPa / 322 kg/m³
Sättigungsdampfdruck 23,3854 hPa (20 °C)
spezifische Wärmekapazität 4182 J/(kg·K) (20 °C, 0,1 MPa)
Wärmeleitfähigkeit 0,5984 W/mK (20 °C, 0,1 MPa)
Verdampfungswärme 2257 kJ/kg bzw. 40,8 kJ/mol (bei 100°C)
Schmelzwärme 333,5 kJ/kg bzw. 6,01 kJ/mol (bei 0°C)
Brechzahl 1,33251 (25 °C, sichtbares Licht) / 1,310 (Eis)
Viskosität 1,001 mPa s (20 °C, 0,1 MPa)
Permittivität 80,35 (20 °C und 0 Hz)
ΔfH0g −241,83 kJ/mol
ΔfH0l −285,83 kJ/mol
ΔfH0s -291,8 kJ/mol
S0g, 1 bar 188,84 J/(mol · K)
S0l, 1 bar 69,95 J/(mol · K)
S0s 41 J/(mol · K)

Drucktabellen[Bearbeiten]

Die in der folgenden Tabelle dargestellten Größen sind temperatur- und teilweise auch druckabhängig, richten sich aber in jedem Fall nach dem Aggregatzustand des Wassers (hier s = fest; l = flüssig; g = gasförmig). Dieser wird durch Druck und Temperatur eindeutig bestimmt. Alle Daten wurden Grigull et. al. (1990) entnommen, welche sie nach der Vorgabe durch die "Formulation of the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for Scientific and General Use" (1984) der IAPWS mit einer verringerten Iterationsschranke berechneten. Es handelt sich um:

Standardbedingungen[Bearbeiten]

In der folgenden Tabelle handelt es sich um die Stoffdaten bei Standarddruck (SATP), also 0,1 MPa (entspricht 1 bar). Bis zu einer Temperatur von 99,63 °C, dem Siedepunkt des Wassers bei diesem Druck, liegt das Wasser als Flüssigkeit vor, darüber als Wasserdampf.

θ
°C
v
dm³/kg
h
kJ/kg
u
kJ/kg
s
kJ/(kg·K)
cp
kJ/(kg·K)
γ
10-3/K
λ
mW / (m·K)
η
μPa·s
σ1
mN/m
0 1,0002 0,06 −0,04 −0,0001 4,228 −0,080 561,0 1792 75,65
5 1,0000 21,1 21,0 0,076 4,200 0,011 570,6 1518 74,95
10 1,0003 42,1 42,0 0,151 4,188 0,087 580,0 1306 74,22
15 1,0009 63,0 62,9 0,224 4,184 0,152 589,4 1137 73,49
20 1,0018 83,0 83,8 0,296 4,183 0,209 598,4 1001 72,74
25 1,0029 104,8 104,7 0,367 4,183 0,259 607,2 890,4 71,98
30 1,0044 125,8 125,7 0,437 4,183 0,305 615,5 797,7 71,20
35 1,0060 146,7 146,6 0,505 4,183 0,347 623,3 719,6 70,41
40 1,0079 167,6 167,5 0,572 4,182 0,386 630,6 653,3 69,60
45 1,0099 188,5 188,4 0,638 4,182 0,423 637,3 596,3 68,78
50 1,0121 209,4 209,3 0,704 4,181 0,457 643,6 547,1 67,95
60 1,0171 251,2 251,1 0,831 4,183 0,522 654,4 466,6 66,24
70 1,0227 293,1 293,0 0,955 4,187 0,583 663,1 404,1 64,49
80 1,0290 335,0 334,9 1,075 4,194 0,640 670,0 354,5 62,68
90 1,0359 377,0 376,9 1,193 4,204 0,696 675,3 314,6 60,82
99,63 l 1,0431 417,5 417,4 1,303 4,217 0,748 679,0 283,0 58,99
g 1694,3 2675 2505 7,359 2,043 2,885 25,05 12,26
100 1696,1 2675 2506 7,361 2,042 2,881 25,08 12,27 58,92
200 2172,3 2874 2657 7,833 1,975 2,100 33,28 16,18 37,68
300 2638,8 3073 2810 8,215 2,013 1,761 43,42 20,29 14,37
500 3565,5 3488 3131 8,834 2,135 1,297 66,970 28,57
750 4721,0 4043 3571 9,455 2,308 0,978 100,30 38,48
1000 5875,5 4642 4054 9,978 2,478 0,786 136,3 47,66
1 Die Werte der Oberflächenspannung gelten nicht für den Normaldruck, sondern für den zur jeweiligen Temperatur gehörigen Sättigungsdampfdruck.

Tripelpunkt[Bearbeiten]

In der folgenden Tabelle handelt es sich um die Stoffdaten bei einem Druck von 0,0006117 MPa (entspricht 0,006117 bar). Bis zu einer Temperatur von 0,01 °C, dem Tripelpunkt des Wassers, liegt das Wasser normalerweise als Eis vor, wurde jedoch hier für unterkühltes Wasser tabelliert. Am Tripelpunkt selbst kann es sowohl als Eis als auch Flüssigkeit oder Wasserdampf vorliegen, bei höheren Temperaturen handelt es sich jedoch wiederum um Wasserdampf.

\vartheta
°C
v
dm³/kg
h
kJ/kg
u
kJ/kg
s
kJ/(kg·K)
cp
kJ/(kg·K)
γ
10-3/K
λ
mW / (m·K)
η
μPa·s
σ1
mN/m
0 1,0002 −0,04 −0,04 −0,0002 4,339 −0,081 561,0 1792
0,1 s 1,0908 −333,4 −333,4 −1,221 1,93 0,1 2200
l 1,0002 0,0 0 0 4,229 −0,080 561,0 1791
g 205986 2500 2374 9,154 1,868 3,672 17,07 9,22
5 209913 2509 2381 9,188 1,867 3,605 17,33 9,34
10 213695 2519 2388 9,222 1,867 3,540 17,60 9,46
15 217477 2528 2395 9,254 1,868 3,478 17,88 9,59
20 221258 2537 2402 9,286 1,868 3,417 18,17 9,73
25 225039 2547 2409 9,318 1,869 3,359 18,47 9,87
30 228819 2556 2416 9,349 1,869 3,304 18,78 10,02
35 232598 2565 2423 9,380 1,870 3,249 19,10 10,17
40 236377 2575 2430 9,410 1,871 3,197 19,43 10,32
45 240155 2584 2437 9,439 1,872 3,147 19,77 10,47
50 243933 2593 2444 9,469 1,874 3,098 20,11 10,63
60 251489 2612 2459 9,526 1,876 3,004 20,82 10,96
70 259043 2631 2473 9,581 1,880 2,916 21,56 11,29
80 266597 2650 2487 9,635 1,883 2,833 22,31 11,64
90 274150 2669 2501 9,688 1,887 2,755 23,10 11,99
100 281703 2688 2515 9,739 1,891 2,681 23,90 12,53
200 357216 2879 2661 10,194 1,940 2,114 32,89 16,21
300 432721 3076 2811 10,571 2,000 1,745 43,26 20,30
500 583725 3489 3132 11,188 2,131 1,293 66,90 28,57
750 772477 4043 3571 11,808 2,307 0,977 100,20 38,47
1000 961227 4642 4054 12,331 2,478 0,785 136,30 47,66
1 Die Werte der Oberflächenspannung sind hier identisch zur ersten Tabelle, wobei in gleicherweise der Sättigungsdampfdruck angewendet werden muss.

Sättigungsdampfdruck[Bearbeiten]

Folgende Tabelle basiert auf verschiedenen, sich gegenseitig ergänzenden Quellen bzw. Näherungsformeln, was jedoch auch nach sich zieht, dass die Werte von unterschiedlicher Güte und Genauigkeit sind. Die Werte des Temperaturbereichs von −100 °C bis 100 °C wurden aus D. Sonntag (1982) entnommen und sind daher recht einheitlich und genau, wenn auch nicht auf dem neuesten Stand. Die Werte des Temperaturbereichs vom Siedepunkt des Wassers bis zum kritischen Punkt, also von 100 °C bis 374 °C, stammen jedoch aus unterschiedlichen Quellen und sind daher wesentlich ungenauer, folglich sollten sie auch nur als Orientierungswerte verstanden und genutzt werden.

Zur richtigen Nutzung der Werte sind folgende Punkte zu beachten:

  • Die Werte gelten nur für ebene Oberflächen und in der Abwesenheit anderer Gase bzw. Gasgemische wie Luft. Sie gelten also lediglich für reine Phasen und benötigen einen Korrekturfaktor bei der Anwesenheit von Luft.
  • Die Werte wurden nicht nach der Magnus-Formel berechnet, sondern nach etwas genaueren Formeln (siehe unten), mit deren Hilfe sich auch weitere Werte in den entsprechenden Temperaturintervallen berechnen lassen.
  • Die Sättigungsdampfdrücke über Wasser im Temperaturintervall von −100 °C bis −50 °C wurden lediglich extrapoliert.
  • Die Werte haben unterschiedliche Einheiten (Pa, hPa oder bar), was es beim Ablesen zu beachten gilt.
  • Aufgrund des Veröffentlichungsdatums o.g. Quellen ist die zugrunde liegende Temperaturskala noch IPTS-68, die inzwischen durch ITS-90 abgelöst wurde.

Formeln[Bearbeiten]

Berechnet wurden die Tabellenwerte (Tabelle untenstehend) von −100 °C bis 100 °C durch folgende Formeln:

Über Wasser (flüssige Phase): (Index w steht für water)

E_w (T) = \exp \left(-6094{,}4642 \cdot T^{-1} + 21{,}1249952 - 2{,}7245552 \cdot 10^{-2} \cdot T + 1{,}6853396 \cdot 10^{-5} \cdot T^2 + 2{,}4575506 \cdot \ln T\right)

Temperaturintervall:

173{,}15\ \mathrm{K} \leq T \leq 373{,}15\ \mathrm{K}, entspricht -100 \,^{\circ}\mathrm{C}\leq t \leq 100 \,^{\circ}\mathrm{C}

Über Eis: (Index i für ice)

E_i (T) = \exp \left( -5504{,}4088 \cdot T^{-1} - 3{,}5704628 - 1{,}7337458 \cdot 10^{-2} \cdot T + 6{,}5204209 \cdot 10^{-6} \cdot T^2 + 6{,}1295027 \cdot \ln T\right)

Temperaturintervall:

173{,}15\ \mathrm{K} \leq T \leq 273{,}15\ \mathrm{K}, entspricht -100 \,^{\circ}\mathrm{C} \leq t \leq 0 \,^{\circ}\mathrm{C}

Werden die Temperaturen in Kelvin eingesetzt, so ergibt sich der jeweilige Sättigungsdampfdruck E(T) in Pa.

Tripelpunkt[Bearbeiten]

Ein wichtiger Grundwert, der nicht in die Tabelle eingetragen wurde, ist der Sättigungsdampfdruck beim Tripelpunkt des Wassers. Der international akzeptierte Bestwert nach Messungen von Guildner, Johnson und Jones (1976) beträgt:

E_w(t_{tr}=0{,}01 \,^{\circ}\mathrm{C}) = 611{,}657\ \mathrm{Pa}\ \pm 0{,}010\ \mathrm{Pa}\ \mathrm{bei}\ (1-\alpha)=99\mathrm{\%}

Tabelle[Bearbeiten]

Beispielwerte des Sättigungsdampfdrucks von Wasser
Temperatur
t in °C
E_i(t) über Eis
p in Pa
E_w(t) über Wasser
p in Pa
Temperatur
t in °C
E(t) über Wasser
p in mbar
Temperatur
t in °C
E(t)
p in bar
Temperatur
t in °C
E(t)
p in bar
Temperatur
t in °C
E(t)
p in bar
−100 0,0013957 0,0036309 0 6,11213 100 1,01 200 15,55 300 85,88
−99 0,0017094 0,0044121 1 6,57069 101 1,05 201 15,88 301 87,09
−98 0,0020889 0,0053487 2 7,05949 102 1,09 202 16,21 302 88,32
−97 0,002547 0,0064692 3 7,58023 103 1,13 203 16,55 303 89,57
−96 0,0030987 0,0078067 4 8,13467 104 1,17 204 16,89 304 90,82
−95 0,0037617 0,0093996 5 8,72469 105 1,21 205 17,24 305 92,09
−94 0,0045569 0,011293 6 9,35222 106 1,25 206 17,6 306 93,38
−93 0,0055087 0,013538 7 10,0193 107 1,3 207 17,96 307 94,67
−92 0,0066455 0,016195 8 10,728 108 1,34 208 18,32 308 95,98
−91 0,0080008 0,019333 9 11,4806 109 1,39 209 18,7 309 97,31
−90 0,0096132 0,023031 10 12,2794 110 1,43 210 19,07 310 98,65
−89 0,011528 0,027381 11 13,1267 111 1,48 211 19,46 311 100
−88 0,013797 0,032489 12 14,0251 112 1,53 212 19,85 312 101,37
−87 0,016482 0,038474 13 14,9772 113 1,58 213 20,25 313 102,75
−86 0,019653 0,045473 14 15,9856 114 1,64 214 20,65 314 104,15
−85 0,02339 0,053645 15 17,0532 115 1,69 215 21,06 315 105,56
−84 0,027788 0,063166 16 18,1829 116 1,75 216 21,47 316 106,98
−83 0,032954 0,074241 17 19,3778 117 1,81 217 21,89 317 108,43
−82 0,039011 0,087101 18 20,6409 118 1,86 218 22,32 318 109,88
−81 0,046102 0,10201 19 21,9757 119 1,93 219 22,75 319 111,35
−80 0,054388 0,11925 20 23,3854 120 1,99 220 23,19 320 112,84
−79 0,064057 0,13918 21 24,8737 121 2,05 221 23,64 321 114,34
−78 0,07532 0,16215 22 26,4442 122 2,12 222 24,09 322 115,86
−77 0,088419 0,1886 23 28,1006 123 2,18 223 24,55 323 117,39
−76 0,10363 0,21901 24 29,847 124 2,25 224 25,02 324 118,94
−75 0,12127 0,25391 25 31,6874 125 2,32 225 25,49 325 120,51
−74 0,14168 0,2939 26 33,626 126 2,4 226 25,98 326 122,09
−73 0,16528 0,33966 27 35,6671 127 2,47 227 26,46 327 123,68
−72 0,19252 0,39193 28 37,8154 128 2,55 228 26,96 328 125,3
−71 0,22391 0,45156 29 40,0754 129 2,62 229 27,46 329 126,93
−70 0,26004 0,51948 30 42,452 130 2,7 230 27,97 330 128,58
−69 0,30156 0,59672 31 44,9502 131 2,78 231 28,48 331 130,24
−68 0,34921 0,68446 32 47,5752 132 2,87 232 29,01 332 131,92
−67 0,40383 0,78397 33 50,3322 133 2,95 233 29,54 333 133,62
−66 0,46633 0,89668 34 53,2267 134 3,04 234 30,08 334 135,33
−65 0,53778 1,0242 35 56,2645 135 3,13 235 30,62 335 137,07
−64 0,61933 1,1682 36 59,4513 136 3,22 236 31,18 336 138,82
−63 0,71231 1,3306 37 62,7933 137 3,32 237 31,74 337 140,59
−62 0,81817 1,5136 38 66,2956 138 3,42 238 32,31 338 142,37
−61 0,93854 1,7195 39 69,9675 139 3,51 239 32,88 339 144,18
−60 1,0753 1,9509 40 73,8127 140 3,62 240 33,47 340 146
−59 1,2303 2,2106 41 77,8319 141 3,72 241 34,06 341 147,84
−58 1,406 2,5018 42 82,0536 142 3,82 242 34,66 342 149,71
−57 1,6049 2,8277 43 86,4633 143 3,93 243 35,27 343 151,58
−56 1,8296 3,1922 44 91,0757 144 4,04 244 35,88 344 153,48
−55 2,0833 3,5993 45 95,8984 145 4,16 245 36,51 345 155,4
−54 2,3694 4,0535 46 100,939 146 4,27 246 37,14 346 157,34
−53 2,6917 4,5597 47 106,206 147 4,39 247 37,78 347 159,3
−52 3,0542 5,1231 48 111,708 148 4,51 248 38,43 348 161,28
−51 3,4618 5,7496 49 117,452 149 4,64 249 39,09 349 163,27
−50 3,9193 6,4454 50 123,4478 150 4,76 250 39,76 350 165,29
−49 4,4324 7,2174 51 129,7042 151 4,89 251 40,44 351 167,33
−48 5,0073 8,0729 52 136,2304 152 5,02 252 41,12 352 169,39
−47 5,6506 9,0201 53 143,0357 153 5,16 253 41,81 353 171,47
−46 6,3699 10,068 54 150,1298 154 5,29 254 42,52 354 173,58
−45 7,1732 11,225 55 157,5226 155 5,43 255 43,23 355 175,7
−44 8,0695 12,503 56 165,2243 156 5,58 256 43,95 356 177,85
−43 9,0685 13,911 57 173,2451 157 5,72 257 44,68 357 180,02
−42 10,181 15,463 58 181,5959 158 5,87 258 45,42 358 182,21
−41 11,419 17,17 59 190,2874 159 6,03 259 46,16 359 184,43
−40 12,794 19,048 60 199,3309 160 6,18 260 46,92 360 186,66
−39 14,321 21,11 61 208,7378 161 6,34 261 47,69 361 188,93
−38 16,016 23,372 62 218,5198 162 6,5 262 48,46 362 191,21
−37 17,893 25,853 63 228,6888 163 6,67 263 49,25 363 193,52
−36 19,973 28,57 64 239,2572 164 6,84 264 50,05 364 195,86
−35 22,273 31,544 65 250,2373 165 7,01 265 50,85 365 198,22
−34 24,816 34,795 66 261,6421 166 7,18 266 51,67 366 200,61
−33 27,624 38,347 67 273,4845 167 7,36 267 52,49 367 203,02
−32 30,723 42,225 68 285,7781 168 7,55 268 53,33 368 205,47
−31 34,14 46,453 69 298,5363 169 7,73 269 54,17 369 207,93
−30 37,903 51,06 70 311,7731 170 7,92 270 55,03 370 210,43
−29 42,046 56,077 71 325,5029 171 8,11 271 55,89 371 212,96
−28 46,601 61,534 72 339,7401 172 8,31 272 56,77 372 215,53
−27 51,607 67,466 73 354,4995 173 8,51 273 57,66 373 218,13
−26 57,104 73,909 74 369,7963 174 8,72 274 58,56 374 220,64
−25 63,134 80,902 75 385,6459 175 8,92 275 59,46 374,15 221,2
−24 69,745 88,485 76 402,0641 176 9,14 276 60,38
−23 76,987 96,701 77 419,0669 177 9,35 277 61,31
−22 84,914 105,6 78 436,6708 178 9,57 278 62,25
−21 93,584 115,22 79 454,8923 179 9,8 279 63,2
−20 103,06 125,63 80 473,7485 180 10,03 280 64,17
−19 113,41 136,88 81 493,2567 181 10,26 281 65,14
−18 124,7 149,01 82 513,4345 182 10,5 282 66,12
−17 137,02 162,11 83 534,3 183 10,74 283 67,12
−16 150,44 176,23 84 555,8714 184 10,98 284 68,13
−15 165,06 191,44 85 578,1673 185 11,23 285 69,15
−14 180,97 207,81 86 601,2068 186 11,49 286 70,18
−13 198,27 225,43 87 625,009 187 11,75 287 71,22
−12 217,07 244,37 88 649,5936 188 12,01 288 72,27
−11 237,49 264,72 89 674,9806 189 12,28 289 73,34
−10 259,66 286,57 90 701,1904 190 12,55 290 74,42
−9 283,69 310,02 91 728,2434 191 12,83 291 75,51
−8 309,75 335,16 92 756,1608 192 13,11 292 76,61
−7 337,97 362,1 93 784,9639 193 13,4 293 77,72
−6 368,52 390,95 94 814,6743 194 13,69 294 78,85
−5 401,58 421,84 95 845,3141 195 13,99 295 79,99
−4 437,31 454,88 96 876,9057 196 14,29 296 81,14
−3 475,92 490,19 97 909,4718 197 14,6 297 82,31
−2 517,62 527,93 98 943,0355 198 14,91 298 83,48
−1 562,62 568,22 99 977,6203 199 15,22 299 84,67
0 611,153 611,213 100 1013,25 200 15,55 300 85,88

Permittivität[Bearbeiten]

Die relative w:Permittivität \varepsilon (Dielektrizitätszahl) von Wasser hängt von der Temperatur und von der Frequenz ab. Die Frequenzabhängigkeit kann nach der folgenden Debey-Beziehung als w:Cole-Cole-Diagramm dargestellt werden, wobei \omega die w:Kreisfrequenz und j die w:imaginäre Einheit ist.

\varepsilon=\varepsilon_\infty+\frac{\varepsilon_s-\varepsilon_\infty}{1+{j \omega \tau}}

Als Ortskurve ergibt sich ein Halbkreis, dessen Lage und Größe von drei w:Parametern abhängt, die bei w:Raumtemperatur etwa die folgenden Werte haben:

  • Die statische Dielektrizitätszahl \varepsilon_s, also die relative Permittivität von Wasser bei der Frequenz 0 Hz, \varepsilon_s \approx 80
  • Die Dielektrizitätszahl bei sehr hohen Frequenzen \varepsilon_\infty \approx 6
  • Die Relaxationszeitkonstante \tau \approx 10~\mathrm{ps}

w:Bild:cole_cole_plot_h2o.jpg, aktuellste Daten in w:Permittivität Wasser.png

Im Bild ist die Ortskurve der relativen Permittivität von Wasser für die Temperatur 0 °C dargestellt. Bei dieser Temperatur ist \varepsilon_s \approx 88 und \varepsilon_\infty \approx 4. Auf der Abszisse des Cole-Cole-Diagramms wird der Realteil \varepsilon' der relativen Permittivität \varepsilon=\varepsilon'-j\varepsilon'' und auf der Ordinate ihr negativer Imaginärteil \varepsilon'' abgelesen.

Literatur[Bearbeiten]

  • J. B. Hasted: Aqueous dielectrics. Chapman and Hall, London 1973. ISBN 0-4120-9800-8
  • Wolfgang Wagner und Hans-Joachim Kretzschmar (2007): The Industrial Standard IAPWS-IF97 for the Thermodynamic Properties and Supplemetary Equations for Other Properties: Tables, Algorithms, Diagrams, Software Original published in German and English, 2nd ed., 2007, Approx. 350 p., with Falttafeln, Hardcover ISBN 978-3-540-21419-9
  • L.A. Guildner, D.P. Johnson und F.E. Jones (1976): Vapor pressure of Water at Its Triple Point. J. Res. NBS − A, Vol. 80A, No. 3, p. 505 – 521
  • Klaus Scheffler (1981): Wasserdampftafeln: thermodynam. Eigenschaften von Wasser u. Wasserdampf bis 800°C u. 800 bar, Berlin [u.a.] ISBN 3540109307
  • D. Sonntag und D. Heinze (1982): Sättigungsdampfdruck- und Sättigungsdampfdichtetafeln für Wasser und Eis. (1. Aufl.), VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie
  • Ulrich Grigull, Johannes Staub, Peter Schiebener (1990): Steam Tables in SI-Units – Wasserdampftafeln. Springer-Verlagdima gmbh
  • Christian Bewer, Dekan Kevin Stevens, (1978): Water-Proofed?. A-Springer Germany

Weblinks[Bearbeiten]