Wieso verdunstet Wasser, obwohl es doch erst bei 100C° gasförmig wird?
In der Physik heißt es doch, dass das Wasser bei 100C° gasförmig wird. Aber bei 30C° verdampft es doch auch. Halt bei viel langsamerer Geschwindigkeit, aber es verdunstet und wird somit gasförmig. Also, .... wie ist das jetzt?
8 Antworten
Jeder Körper besteht aus kleinsten Teilchen. Bei Wasser sind dies H2O-Moleküle. Diese sind in steter Bewegung. Je wärmer das Wasser ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen. Die Temperatur eines Körpers stellt einen Mittelwert der Bewegungsenergie aller Teilchen eines Körpers dar. Bei einem Mittelwert gibt es stets langsame und auch ein paar sehr schnelle Teilchen. Die schnellsten können dabei die gegenseitige Anziehungskraft der Wasser-Moleküle überwinden und sich aus der Menge heraus flitzen. Durch die Luftbewegung oder einfach durch Diffusion werden diese Wassermoleküle weg transportiert, so dass etwas weniger Wassermoleküle in der Pfütze zurückbleiben. Dieser Vorgang wiederholt sich aber ständig, so dass schließlich nach einiger Zeit alle Wassermoleküle verschwunden sind. Sie sind jetzt in der Luft des Raumes verteilt und erhöhen deren Luftfeuchtigkeit. Das Wasser ist verdunstet. Dies kann man besonders gut beobachten, wenn die Luft über dem Wasser kälter ist, als das Wasser. Der Wasserdampf kondensiert dann nämlich in der Luft und bildet Nebelschwaden, die man sehen kann.
Wird Wasser zum Sieden erhitzt, wird dem Wasser so viel Energie zugeführt, dass sehr viele Wassermoleküle so schnell sind, dass sie in großer Menge die Flüssigkeit verlassen. Es siedet. Dabei bilden diese schnellen Wassermoleküle Gasblasen, die sichtbar aufsteigen (Wasserdampf).
Wasser verdampft bei jeder Temperatur, Grund ist der sogenannte Dampfdruck, der immer vorhanden ist und von der Temperatur abhängt. Interessant ist vor allem die Frage, warum bei 100 Grad das verdampfen urplötzlich so schnell geht und vorher so langsam (unterscheidet man dann in Sieden und Verdunsten).
Bei unter 100 Grad ist der Dampfdruck des Wassers kleiner als der Atmosphärendruck (bei normalem Luftdruck, wohlgemerkt), daher teilten sich Luft und Wasserdampf den Raum über der Wasseroberfläche. Der Wasserdampf bewegt sich zu Stellen mit niedrigerer Konzentration, also in der Regel nach oben, da wir aber ein Gasgemisch haben, muss der Wasserdampf umständlich durch die Luft hindurchdiffundieren, und dies dauert sehr lange, egal, wie viel Luft noch da ist, auch wenn der Druck fast ausschließlich durch den Wasserdampf und nur noch zum kleinen Teil durch die Luft zustande kommt, Diffusionen dauern halt.
Bei 100 Grad passiert aber schlagartig folgendes: Der Dampfdruck übersteigt den Atmosphärendruck, die Luft ist also komplett weg, über der Wasseroberfläche ist nur noch Wasserdampf, und dieser muss also nicht mehr durch die Luft diffundieren, er verlässt den Bereich über der Wasseroberfläche sehr schnell, so schnell nämlich, wie die Herdplatte nachkommt.
Das Problem ist das das Wasser ja an ein umgebendes Medium, in dem Fall Luft grenzt. D8ies ist ja eine Mischung aus mehreren Stoffen. In dieser Stoffmischung hat jeder Stoff auch nur seinen partiellen Druck. Soll bedeuten der anteilige Druck des Stoffes ist nur so groß wie sein molarer Anteil an der gesamten molaren Masse.
Da der Druck ja auch in der Grenzschicht wirkt, hat das Wasser dort einen so geringen Druck, das es in die gasförmige Phase übergehen kann. Das geht natürlich nur so lange wie die Umgebung Wasser aufnehmen kann. Stichwort relative Luftfeuchtigkeit.
Kann man übrigens beim Wäsche trocknen gut ausnutzen, indem man die umgebende Luft in Bewegung hält, was natürlich bei weitem nicht die einzige Anwendung ist.
Luft kann unterschiedliche Mengen an Wasserdampf enthalten (siehe Luftfeuchtigkeit). Die maximale Konzentration (die Sättigung) ist im Wesentlichen abhängig vom Druck und der Temperatur (siehe Sättigungsdampfdruck, Taupunkt).
Wenn trockene (besser gesagt: ungesättigte) Luft mit Wasser in Berührung kommt, so nimmt sie Wasserdampf auf, bis die Sättigung erreicht ist.
Kennst Du nicht den Versuch, bei dem kaltes Wasser unter eine Vakuumglocke gestellt wird und anfängt zu "kochen", wenn der Luftdruck sinkt?
Es hängt mit der kinetischen Energie der Wasser Teilchen zusammen Einfaches Modell: Im Wasser sind laut kleine Bälle die sind ständig in bewegung (außer wenn sie auf dem Absoluten Nullpunkt wären und das wäre auch nur theoretisch möglich). Also irgendwann trifft ein Ball einen anderen dieser gibt dann ein teil seiner kinetischen Energie an Ball "B" weiter. Wenn jetzt unser Ball "B" so viel kinetische Energie besitzt das er diese der Oberflächenspannung überwiegt fliegt er raus. Dies können wir als Verdunsten beobachten.
Wobei nicht alle Teilchen dieselbe kinetische Energie haben, sondern die sind nach der Boltzmann-Verteilung verteilt, viele haben eine mittlere Geschwindigkeit, wenige sind schnell oder langsam, die schnellen können dementsprechend auch ohne Stöße "raus".
Kleine Ergänzung zur Herdplatte:
Die Herdplatte hat deswegen Mühe "nachzukommen", weil das noch flüssige Wasser durch die Verdunstung/Verdampfung abgekühlt wird. Pro cm³ verdunstetes Wasser werden ca. 500 cal verbraucht, die müssen also von der Herdplatte nachgeliefert werden, damit die Siedetemperatur v. 100° gehalten wird.