Packungsdichte

Packungsdichte ist ein Maß dafür, wie viel Volumen eines Behälters durch die enthaltenen Teilchen eingenommen wird. Sie ist eine dimensionslose Größe, definiert als das Verhältnis des Volumens der festen Phase zum Gesamtvolumen: ϕ = Vs/Vt. Das Porenvolumen ε = 1 − ϕ beschreibt den freien Raum. Die Packungsdichte hängt stark von Form, Größenverteilung und der Art der Anordnung ab sowie von Verdichtung oder Kompaktierung.

Bei gleich großen Kugeln ergeben sich theoretische Minimal- und Maximalwerte: einfache kubische Anordnung ϕ ≈ 0,52; kubisch-raumzentriert (BCC) ϕ ≈ 0,68; dichteste Kugelpackung (FCC) bzw. hexagonal dicht gepackt (HCP) ϕ ≈ 0,74048. In realen, unregelmäßigen Systemen liegen die Werte oft zwischen ca. 0,55 und 0,64 (random loose packing bis random close packing).

Ursache und Bedeutung: Eine höhere Packungsdichte reduziert das Porenvolumen, beeinflusst Fließverhalten, Verdichtung, Wärme- und Massenleitfähigkeit sowie Reaktionsflächen. Sie ist entscheidend in der Pulver- und Granulattechnik, Sinterprozessen, Katalysatoren, Pharmaformulierungen und der Lagerung.

Messung und Bestimmung: Packungsdichte wird durch volumetrische Messungen, Archimedisches Prinzip, Porosimetrie oder Tomographie bestimmt. Die daraus abgeleitete Porosität ε ist oft wichtiger für Transportprozesse.

Bezug und Anwendungen: In Kristallographie, Materialwissenschaft, Verfahrenstechnik und Verpackungstechnik dient die Packungsdichte als Parameter zur Charakterisierung von Porosität, Stabilität und Transporteigenschaften von Feststoffen.