Kohäsionsenergiedichte. Lexikon Pharmatechnologie - prozesstechnik online

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Kohäsionsenergiedichte

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Siehe auch: Kohäsion.

Formelzeichen: C, Einheit: cal½ x cm-3/2.

Maß für den zwischenmolekularen Zusammenhalt von Stoffen wie z. B. Lösungsmittel- und Polymermoleküle. Die Kohäsionsenergiedichte wird über die Formel C = ΔUν/V berechnet, wobei ΔUν die molare innere Verdampfungsenergie bei konstantem Volumen und V das Molvolumen der Lösung ist. ΔUν entspricht der Energie, die nötig ist, um Moleküle aus dem engen Verband in der Flüssigkeit herauszulösen und sie in die Gasphase zu überführen. Da Polymerwerkstoffe nicht verdampft werden können (vorher Zerstörung durch Überhitzung), kann die Kohäsionsenergiedichte dieser Stoffe nur über den Umweg der sie lösenden organischen Lösungsmittel (durch Vergleich) ermittelt werden.

Mithilfe der Kohäsionsenergiedichte können die bei Polymerwerkstoffen bekannten Phänomene wie Einfrierbereich, Glasbereich, das meist spröde Verhalten (Sprödigkeit) bei tiefen Temperaturen und das viskose bzw. viskoelastische Verhalten (Viskosität) bei erhöhter Temperatur thermodynamisch erklärt werden. Dabei muss man eine für die Entropieelastizität wesentliche Voraussetzung einschränken, nämlich, dass die Hauptvalenzbindungen (Chemische Bindungen) der Makromoleküle unbehindert um Nachbarvalenzen rotieren können. In Wirklichkeit bestehen neben den Hauptvalenzkräften zwischen benachbarten Gruppen derselben oder verschiedener Moleküle Kohäsionskräfte (Van-der-Waals-Kräfte oder Coulomb-Kräfte), die eine freie Rotation der Molekülsegmente behindern. Nur wenn die mittlere Wärmeenergie der Kettengruppen vergleichbar ist mit dieser Kohäsionsenergie, kann man eine ungehinderte Rotation voraussetzen. Ist die mittlere Wärmeenergie kleiner – und das wird bei tieferen Temperaturen wahrscheinlich, so wird die Rotation erheblich eingeschränkt.

Die Kohäsionsenergiedichte steht in engem Zusammenhang mit der Wechselwirkungsenergie eines Stoffes und dient auch zur Beurteilung der Löslichkeit eines Stoffes (Kunststoffes). Die physikalisch-mathematische Bestimmung geht davon aus, dass die Wechselwirkungsenergien zweier verschiedener Stoffe dem geometrischen Mittel der Grundstoffe entsprechen, während sich die Mischungswärmen aus dem arithmetischen Mittel der beiden spezifischen Stoffwerte ergeben. Die Differenz der Mittelwerte bestimmt die Ähnlichkeit der Stoffe und erlaubt somit eine Aussage zur Löslichkeit der Stoffe.

Löslichkeit ist erfahrungsgemäß bei einem Quotienten der jeweiligen Kohäsionsenergiedichten von Kunststoff zu Lösungsmittel < 1,2 gegeben.

Tab. K 4: Kohäsionsenergiedichte ausgewählter Stoffe (Abk.: siehe Nomenklatur von Kunststoffen). (Quelle: W. Holzmüller u. K. Altenburg, Physik der Kunststoffe, Akademie-Verlag, Berlin, 1961)
Stoff Kohäsionsenergiedichte
in cal½ x cm-3/2
PTFE 6,2
PE 7,9
PS 8,6
PMMA 9,1
PVC 9,6
PAN 15,4
PA6.6 13,6
Hexan 7,3
Octan 7,6
Cyclohexan 8,2
Methylchlorid 8,6
Tetrachlorkohlenstoff 8,62
Toluol 8,9
Benzol 9,15
Aceton 9,9
Ethanol 12,8
Methanol 14,5
Wasser 23,4

© 2013 – ECV – Lexikon der Pharmatechnologie

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