Exzessvolumen

Das Exzessvolumen v^E ist die Differenz zwischen dem realen Volumen einer Mischung (entspricht der Summe der partiellen molaren Volumen der Komponenten, engl. "partial molar volume") chemischer Stoffe und dem idealen Volumen, das der Summe der Volumina aller Komponenten vor dem Mischen entspricht (Summe der Reinstoffvolumina).

Partielles molares Volumen

Ein Reinstoff hat das molare Volumen

$V_m = \frac{V}{n} = \frac{M}{\rho}$

Wenn allerdings zwei unterschiedliche Stoffe miteinander gemischt werden, kann sich das Gesamtvolumen ändern. Das Volumen der Mischung ist also nicht unbedingt genau der Summe der Volumen der beiden Reinstoffe vor dem Mischen. Der Unterschied zwischen dem Gesamtvolumen der Reinstoffe vor dem Mischen und dem Volumen der fertigen Mischung ist das Exzessvolumen.

Das partielle molare Volumen eines Stoffes A, ist das Volumen, das dieser Stoff zum Gesamtvolumen einer Mischung mehrerer Stoffe A und B beiträgt und ist immer von dem anderen Stoff B, in dem Stoff A gelöst wird, abhängig.

Beispiel

Wenn man ein Mol Wasser (entspricht 18 ml) in einen großen Behälter mit Wasser schüttet, so nimmt das Volumen im Behälter (selbstverständlich) um 18 ml zu.

Wenn man die gleiche Menge Wasser in einen großen Behälter mit Ethanol schüttet und alles gut durchmischt, dann nimmt das Volumen im Behälter nur um 14 ml zu. In Alkohol hat Wasser also ein partielles molares Volumen von 14 ml/mol und ein Exzessvolumen von −4 ml/mol.

Größenordnung

Der Volumen-Effekt des Mischens reiner Stoffe ist relativ klein. Zumeist beträgt die Differenz nur um die ein bis zwei Prozent.

Das Exzessvolumen kann sowohl positiv als auch negativ sein. Mischungen aus unpolaren und polaren Stoffen weisen zumeist ein deutlich positives Exzessvolumen auf, d. h. das Volumen der Mischung ist größer als das der idealen Mischung (Volumendilatation). Mischungen aus kleinen polaren Komponenten und größeren Molekülen mit einer polaren Gruppe weisen oft ein negatives Exzessvolumen auf, d. h. das Volumen ist kleiner als das der idealen Mischung (Volumenkontraktion).

Beispieldaten

Beispiele^[1] für positive Exzessvolumina sind

• Methylcyclohexan und 2-Pentanol (maximal v^E=+0,50 cm³/mol bei v=117,98 cm³/mol, 298 K)

• Dichlormethan und 2-Butanon (maximal v^E=+0,06 cm³/mol bei v=72,99 cm³/mol, 298 K)

Beispiele für negative Exzessvolumina sind

• N-Methyl-2-oxazolidinon und Wasser (maximal v^E=−0,54 cm³/mol, 298 K)
• Pyridin und Methanol (maximal v^E=−0,48 cm³/mol bei v=57,53 cm³/mol, 298 K)
• Kohlenmonoxid und Methan (maximal v^E=−0,35 cm³/mol bei v=36,29 cm³/mol, 90 K)

Beispieldiagramme

• 

  Tetrahydrofuran/Wasser (negatives Exzessvolumen, Volumenkontraktion)

• 

  Di-n-Propylether/Heptan (positives Exzessvolumen, Volumendilatation)

Siehe auch

• Exzessgröße
• Mischungswärme
• Volumenverhältnis
• Molares Volumen

Quellen

1. ↑ Dortmunder Datenbank

Weblinks

 Commons: Excess volume diagrams – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien