Wasser siedet bei 100 Grad. Warum?
Hey, ich verstehe nicht warum Wasser bei 100 Grad siedet. Ich weiß das es an der Wasserstoffbrückenbindung liegt, nur den Vorgang verstehe ich nicht und dadurch auch die Ausgangsfrage.
Danke
7 Antworten
Die moderne Celsius-Skala, bei der dem Siedepunkt von Wasser der Wert 100 °C und dem Gefrierpunkt der Wert 0 °C zugeordnet wird, wurde durch Carl von Linne, einem Freund von Celsius, kurz nach dessen Tod im Jahr 1744 eingeführt.
Siedetemperaturen werden bei Normaldruck angegeben, also bei 1013,25 hPa.
Der Siede / Verdampfungs - Vorgang ist hier recht gut beschrieben, auch die Abhängigkeiten vom Luftdruck und anderer Bedingungen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Siedepunkt
siehe dort speziell: Siedepunkt, Siedevorgang
das ist physikalisch u.a. durch einen luftdruck auf meereshöhe bestimmt; viele stoffe, die in unterschiedlichen aggregarzuständen vorkommen können, haben individuelle gefrier- oder siedetemperaturen.
um einen standard für die temperaturbestimmung einheitlich festzulegen, hat ein gewisser herr celsius in der vergangenheit wasser als gängistes medium ausgesucht und diese methode nach und nach in der gesellschaft etabliert.
der punkt für den übergang von flüssig auf fest (eis) wurde mit 0° und der andere von flüssig in gasförmig (sieden, dampfbildung) auf 100° festgelegt.
so simpel ist das.
ein anderer forscher (fahrenheit) hat eine andere methode der temperaturen entwickelt, die heute immer noch (z.b. in den USA) anstelle der celsius-methode vorherrschend ist.
Tatsächlich sind andere Stoffe mit so leichten Molekülen wie Wasser bei Raumtemperatur bereits gasförmig.
Der Grund, dass Wasser erst bei 100 Grad siedet, ist folgender: Das Wassermolekül ist gewinkelt und polar. Es ist zwar nach außen neutral, hat aber durch die unterschiedliche Elektronegativität von Wasserstoff und Sauerstoff eine positive und eine negative Seite. Dadurch ziehen sich Wassermoleküle gegenseitig an und brauchen entsprechend mehr Wärmeenergie, um sich zu trennen. Dadurch ist der Siedepunkt höher.
Aufgrund dieser Tatsachen, dass Wasser bei 0 Grad gefriert und bei 100 Grad siedet, wurde die Celsius-Temperaturskala festgelegt, darum beträgt der Siedepunkt bei normalem Luftdruck 100 Grad.
Ich weiß das es an der Wasserstoffbrückenbindung liegt,
Das ist in der Tat so. Die Wasserstoffbrückenbindung (WBB) sorgt dafür, dass die Wassermoleküle nicht einzeln im Wasser rumschwimmen, sondern sogenannte Cluster bilden. Je kälter das Wasser ist, umso größer sind diese Cluster und können bei niedrigeren Temperaturen jeweils weit über 20 aneinander gebundene Moleküle umfassen. Diese Cluster sind zu schwer, um durch ihre Eigenbewegung sozusagen in die Luft geschleudert werden zu können. Sie bleiben im Wasser drin. Erhitzt man nun das Wasser brechen immer mehr der WBB auf und die Cluster werden immmer kleiner. Kurz vorm Siedepunkt haben die Cluster dann nur noch 2 - 3 Moleküle. Direkt beim Sieden ist die Eigenbewegung der Moleküle so stark, dass sie sämtliche WBB überwinden können. Es gibt dann nur noch einzelne Moleküle. Diese einzelnen Moleküle haben dann genügend Eigenbewegung und sind leicht genug, dass sie aus der flüssigen Phase sozusagen herausgeschleudert werden und in die gasförmige Phase übergehen können: das Wasser siedet.
Dass das bei atmosphärischem Normdruck genau bei 100 °C passiert ist allerdings kein Zufall, sondern wurde per Definition der Celsiusskala so festgelegt.
Ja. Dieses erwähnten Cluster existieren immer nur für Bruchteile von Millisekunden, bevor sich die Wassermoleküle zu neuen Clustern zusammenschließen. Daher gibt es zwischendurch immer wieder auch einzelne Moleküle, die eine höhere kinetische Energie haben als der restliche Durchschnitt und daher schnell genug sind, um sich von der Wasseroberfläche zu lösen. Andererseits berührern aber auch immer wieder in der Gasphase herumschwirrende Moleküle die Wasseroberfläche und werden dort wieder eingefangen. Irgendwann stellt sich dann ein Gleichgewicht von fliehenden und zurückkommenden Molekülen ein und dann herrscht über der Oberfläche genau der zur Temperatur gehörende Dampfdruck (bzw. in Luft der entsprechende Partialdruck).
Die Moleküle mit "Energieüberschuss" nehmen diese Energie mit und da sie dann in der Flüssigkeit fehlen, sinkt dort der Durchschnitt der Energie. Das Wasser kühlt ab.
Die Umgruppierung in neue Cluster erfolgt umso schneller, je wärmer das Wasser ist und umso häufiger treten kurzzeitig einzelne Moleküle mit genügend "Fluchtenergie" auf: das Wasser verdunstet schneller.
die Energie der Wassermoleküle wird größer als die Bindungsenergie. Die Celsius-Skala ist so definiert, dass die entspr. Temperatur 100 Grad sind.
Danke für die informative Antwort. Kannst du mir auch sagen, wie das beim Verdunsten abläuft?