Wie sieht Luftfeuchtigkeit auf molekularer Ebene aus?
Ich habe mich gefragt wie genau Luftfeuchtigkeit zustande kommt und wie diese möglich ist? Dass kältere Luft weniger Wasser aufnehmen kann, erkläre ich mir damit, dass diese durch abkühlen verdichtet wird. Wie sieht diese Luftsättigung auf molekularer Ebene aus, wie funktioniert das? Und was ist bei Nebel anders? Weil Nebel ja in gewisserweise Wasser ausgeschieden hat, da die Luft zu viel Wasser bei abgekühlter Temperatur trägt, aber wie ist das möglich?
4 Antworten
In der Luft spielt sich nichts wesentliches ab, egal wie feucht sie ist. 99,9 % sind sowieso leerer Raum, in der ein paar Moleküle und Atome herumschwirren und ab und zu zusammenstoßen. Nach dem Aufprall fliegen sie dann einfach in eine andere Richtung weiter, wobei sie auch Impuls austauschen.
Begrenzend sind Oberflächen, von Wasser oder anderen Stoffen, woran sich Wasser heften kann. Da reicht ein Staubkörnchen. Je niedriger die Temperatur, desto größer die Chance, dass ein Wassermolekül haften bleibt oder eintaucht. Und desto geringer die Chance, dass sich ein Wassermolekül von der Oberfläche ablöst und wieder in die Luft wechselt.
Die Luft spielt eigentlich gar keine Rolle. Ob du in einem Topf Luft oder ein Vakuum hast, sobald flüssiges Wasser darin ist, wird sich eine bestimmte Konzentration an Wasserdampf über der Oberfläche einstellen. Du hast dann entweder z.B. 10 Millibar Druck vom reinen Wasserdampf oder 1000 Millibar Gesamtduck, an dem der Anteil des Wasserdampfs 10 Millibar beträgt, also 1 Prozent.
Zwei einsame Moleküle haften schlechter als eines an einer größeren Gruppe. Daher erfordert es niedrigere Temperaturen, dass sich ganz ohne sogenannte Kondensationskeime Tröpfchen oder kleine Kristalle bilden.
So kann sich zwischenzeitlich ein instabiler Zustand bilden, dass mehr Wasserdampf vorhanden ist als er eigentlich dürfte. Ähnlich instabile Zustände sind unterkühlte Schmelzen, überhitzte Flüssigkeiten aka Siedeverzug und übersättigte Lösungen. Kannst du dich ja mal irgendwann drüber schlau machen.
Ahh es wird also in dem Beispiel der Phasenübergang bis zu einem gewissen Punkt übersprungen und vermute ich mal letztenendlich durch nicht ausreichenden Impuls kommen vereinzelte Wasserteilchen doch aneinander
Luftfeuchtigkeit entsteht durch das Vorhandensein von Wasserdampf in der Luft. Wasser verdunstet kontinuierlich aus Seen, Flüssen, Pflanzen und anderen Quellen und wird als Dampf in die Luft aufgenommen. Wassermoleküle sind wie alle Moleküle ständig in Bewegung und haben unterschiedliche Geschwindigkeiten und Energien. Einige haben genug Energie, um aus der Flüssigkeit oder dem festen Zustand in die Gasphase überzugehen - das ist Verdunstung oder Sublimation.
Die Menge an Wasserdampf, die die Luft aufnehmen kann, hängt von der Temperatur ab. Warum? Wenn man an ein Gas als eine Sammlung von Teilchen denkt, die ständig in Bewegung sind und gegen die Wände ihres Behälters stoßen, dann kann man sehen, dass das Erhöhen der Temperatur (was bedeutet, dass man den Teilchen mehr Energie gibt und sie schneller bewegen lässt) den Druck erhöht, den sie ausüben. Dies erhöht die Menge an Wasserdampf, die die Luft halten kann, bevor sie gesättigt ist.
Wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist und die Temperatur sinkt (und damit die Kapazität der Luft, Wasserdampf zu halten), kommt es zu einer Kondensation, und der überschüssige Wasserdampf verwandelt sich in flüssiges Wasser. Dies ist dasselbe Prinzip, das dazu führt, dass an einem kalten Getränkglas Wassertropfen entstehen: Die kalte Oberfläche kühlt die nahegelegene Luft ab, sie kann nicht mehr so viel Wasserdampf halten, und der überschüssige Wasserdampf kondensiert zu flüssigem Wasser.
Was passiert nun bei Nebel? Nebel ist im Grunde genommen eine Wolke am Boden. Wenn die Luft gesättigt ist und abkühlt, kann sie nicht mehr so viel Wasserdampf halten. Der überschüssige Wasserdampf kondensiert dann um winzige Partikel in der Luft (Staub, Salz, Rauchpartikel usw.) und bildet winzige Wassertröpfchen, die wir als Nebel wahrnehmen. Ohne diese Kondensationskerne wäre es schwieriger für die Wassermoleküle, sich zu verbinden und sichtbare Tröpfchen zu bilden.
Danke sehr verständlich erklärt. Das einzige was ich noch nicht verstehe, ist wie wärmere Luft mit höherem Druck mehr Wasserteilen „Lagern“ kann in seinen Zwischenräumen. Zudem wird Wasserdampf durch seine geringe Masse kaum von der Schwerkraft erfasst, sodass es in der Luft schweben kann?
> Dass kältere Luft weniger Wasser aufnehmen kann,
Verabschiede Dich von dem Gedanken, dass Luft oder sonst ein Gas die Feuchtigkeit "aufnimmt". Du kannst die Luft auch durch ein Vakuum ersetzen - im Gasraum über dem Wasser befindet sich im Gleichgewicht immer gleich viel Wasserdampf. Die Menge hängt von der Temperatur ab (beachte: Im Gleichgewicht ist die Temperatur von Wasser und Gasraum gleich).
Befindet sich im Gasraum weniger Wasserdampf, verdampft welches. Befindet sich im Gasraum zu viel Wasserdampf, kondensiert welcher. Das kann in Form von Nebel sein, oder zu Regen führen, oder auch zuTau.
Also definiert im Gleichgewicht nur der Druck, den Wasserdampfgehalt? Somit wäre bei hohem Druck und gleicher Temperatur der Wasserdampfgehalt niedriger oder? Heißt das auch, dass die Wasserdampfkonzentration im Vakuum höher wäre, als bei „normaler“ Luft? Kann man den Wasserdampfgehalt im Vakuum bei konstant gehaltenem Druck überhaupt mit der Temperatur beeinflussen, angenommen die Wasserteilchen, können den Rand nicht berühren?
Keine Ahnung, wie Du auf Druck kommst - ich schrieb von Temperatur.
> dass die Wasserdampfkonzentration im Vakuum höher wäre, als bei „normaler“ Luft?
Auch hier keine Ahnung, schrieb ich doch das Gegenteil:
Du kannst die Luft auch durch ein Vakuum ersetzen [...] immer gleich viel Wasserdampf.
Kann man den Wasserdampfgehalt im Vakuum bei konstant gehaltenem Druck
im Vakuum gibt es keinen Druck - und wenn mit Vakuum gemeint ist, dass nichts anderes als der Wasserdampf zum Druck beiträgt: Dieser Druck, genannt Dampfdruck (des Wassers), hängt nur von der Temperatur ab. Bei 20°C etwa 20 mbar.
angenommen die Wasserteilchen, können den Rand nicht berühren?
Wir reden hier vom Gleichgewicht. Da haben Wasser und Wasserdampf per Definition dieselbe Temperatur. Egal, ob sie dabei den Rand berühren.
Molekular: H2O.
in Luft: gasförmig. Stoffgemisch.
Nebel: kleine Tröpfchen
Regen: große Tropfen.
Übergang: Taupunkt.
Vielen Dank für deinen Kommentar! Kann ich theoretisch den vakuumgefüllten Wasserdampf abkühlen, ohne dass sich ein Kondensat bildet, da keine Partikel zum Festheften der Wassermoleküle vorhanden sind?