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Reden wir über Blasen, wissen Sie, was genau diese Blasen sind, die Sie in einem Topf voller kochendem Wasser sehen? Einige Leute denken, sie seien Luft, weil viele der uns bekannten Blasen, wie Seifenblasen, tatsächlich mit Luft gefüllt sind. Andere meinen, dass es der Wasserstoff oder Sauerstoff ist, der als Ergebnis einer chemischen Veränderung in der Natur des Wassers entweicht, wenn es kocht.
Aber keine dieser Annahmen ist wahr. Wenn Wasser in einen Topf gegossen wird und es sich zu erhitzen beginnt, werden Blasen an den Seiten des Topfes beobachtet. Diese Blasen sind eigentlich Luft. Der größte Teil des Wassers enthält gelöste Luft. Wenn Sie beginnen, das Wasser zu erhitzen, entweicht diese gelöste Luft aus dem Wasser. Diese Blasen sind jedoch nicht die, die mit kochendem Wasser verbunden sind.
Was passiert, wenn das wasser kocht
Wenn Wasser kocht, erfährt es eine physikalische Veränderung, keine chemische. Wassermoleküle werden nicht in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, sondern die polaren Bindungen zwischen den Wassermolekülen werden aufgebrochen, wodurch sie ihren Siedepunkt erreichen und sich physikalisch von einer Flüssigkeit in ein Gas verwandeln können.
Sie wissen wahrscheinlich bereits, dass Wasser in drei Formen vorkommt: fest, flüssig und gasförmig. Wir kennen die feste Form als Eis. Die flüssige Form ist natürlich das Wasser, das wir trinken. Die gasförmige Form ist Wasserdampf. Wasserdampf ist fast immer um uns herum in der Luft vorhanden. Wir können es einfach nicht sehen.
Um eine Flüssigkeit durch Sieden in ein Gas umzuwandeln, muss die Flüssigkeit erhitzt werden, bis ihr Dampfdruck dem atmosphärischen Druck entspricht. Bei Wasser geschieht dies bei etwa 100°C. Aus diesem Grund wird der Siedepunkt von Wasser mit 100 °C angenommen. Der Siedepunkt von Wasser kann jedoch tatsächlich höher oder niedriger sein, abhängig von einer Reihe von Faktoren, darunter Höhe, atmosphärischer Druck und das Vorhandensein anderer Chemikalien im Wasser, um nur einige zu nennen.
Wenn Wasser kocht, wird Wärmeenergie auf die Wassermoleküle übertragen, die sich schneller bewegen. Am Ende haben die Moleküle zu viel kinetische Energie, um als Flüssigkeit zusammenzuhalten. Als nächstes werden gasförmige Wasserdampfmoleküle gebildet. Diese schwimmen in Form von Blasen an der Oberfläche und bewegen sich durch die Luft.
Die Blasen in einem Topf mit kochendem Wasser bestehen nicht aus Luft, sondern aus Wasser, einfach aus Wasser in gasförmigem Zustand. Was wie ein Topf aussieht, der mit Wasser und Luft gefüllt ist, ist tatsächlich ein Topf, der nur mit Wasser gefüllt ist, wenn auch in zwei verschiedenen Aggregatzuständen.
Kann eine Flüssigkeit kochen ohne Blasen zu bilden?
Stellen Sie sich eine Oberfläche vor, die speziell dafür entwickelt wurde, Flüssigkeiten blasenfrei kochen zu lassen. Das klingt widersprüchlich und ist es in gewisser Weise auch. Aber bedenke folgendes.
Wenn wir einen kleinen Wassertropfen auf eine sehr heiße Pfanne geben, löst er sich auf und es dauert etwa eine Minute, bis er verdunstet ist. Beim ersten Kontakt verdampft die heiße Oberfläche einen Teil des Tröpfchens, wodurch eine isolierende Dampfschicht zwischen dem Tröpfchen und der heißen Oberfläche entsteht. Dies ist sehr ähnlich dem, was in der Luftkammer eines doppelt verglasten Fensters passiert. Diese Dampfschicht kann nur aufrechterhalten werden, wenn die heiße Oberfläche über dem sogenannten Leidenfrostpunkt liegt.
Die Leidenfrost-Dampfschicht spielt auch eine wichtige Rolle beim Kochen und Kühlen. Wenn wir statt winziger Wassertropfen auf einer heißen Pfanne einen mit Wasser gefüllten heißen Kessel haben, bricht die Leidenfrost-Dampfschicht zusammen, wenn der Kessel unter die Leidenfrost-Temperatur abkühlt. Dies führt zu einer Explosion von Dampfblasen, wenn das Wasser in direkten Kontakt mit der (noch) heißen Oberfläche kommt.
Kurze Erklärung des Leidenfrost-Effekts
1756 beobachtete Johann Gottlob Leidenfrost, dass Wassertropfen durch das Schweben eines Wasserdampffilms von einer ausreichend heißen Pfanne abrutschen. Diese Filme sind nur stabil, wenn die heiße Oberfläche über einer kritischen Temperatur liegt, und sie sind ein zentrales Phänomen des Siedens.
In diesem sogenannten Leidenfrost-Regime verhindert die geringe Wärmeleitfähigkeit der Dampfschicht einen Wärmeübergang zwischen der heißen Oberfläche und der Flüssigkeit. Wenn die Temperatur der Kühlfläche unter die kritische Temperatur fällt, bricht der Dampffilm zusammen und das System tritt in einen Blasensiedebereich ein. Dies kann in manchen Zusammenhängen, wie etwa Kernkraftwerken, zu besonders schädlichen Dampfexplosionen führen.
Andererseits kann das Vorhandensein dieser Dampffilme auch den Flüssigkeits-Feststoff-Widerstand verringern.
Quellen
- Connor, N. (2019). Was ist der Leidenfrost- Effekt ? Leidenfrostpunkt: Definition.
- Dominguez, M. (sf). Physikalische Veränderung und chemische Veränderung .
- Chemie ist (sf). Siedepunkt .
- Sanchez, G. (2015). Die Aggregatzustände der Materie .
- Valdivielso, A. (sf). Was ist die Verdunstung von Wasser ?
