Ein fester und flüssiger Stoff kann durch Erhitzen in den dritten, gasförmigen Aggregatzustand versetzt werden. Bei der Beschäftigung mit diesem Thema werden Sie herausfinden, dass sowohl der Siedepunkt als auch die Verdampfungswärme mit dem Luftdruck im Zusammenhang steht.

Stoffe beim Siedepunkt durch Wärmezufuhr verdampfen

Wenn Sie den Zusammenhang zwischen Siedepunkt und Verdampfungswärme im Physikunterricht behandeln, kann der Sachverhalt leicht durch ein Experiment erklärt werden. Dafür benötigen Sie eine offene Flamme und ein Gefäß mit Wasser.
Erwärmen Sie mit gleichbleibender Flamme die Flüssigkeit im Gefäß, steigt die Temperatur fast gleichmäßig bis auf den Kochpunkt an. Sie bleibt im Wasser konstant, bis es vollständig verdampft ist. Beachten Sie, dass die von der Flamme erzeugte Wärme nicht zu einer Temperaturerhöhung führt, sondern die Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand überführt wird. Dabei ist die Zeitdauer des Temperaturstillstandes noch größer als beim Schmelzen von festen Stoffen.
Sie verstehen unter der spezifischen Verdampfungswärme r die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1000 Gramm eines flüssigen Stoffes bei einem Druck von 1013 Millibar zu verdampfen. Das Ergebnis wird in Kilojoule pro Kilogramm angegeben und beträgt bei genauen Messungen beim Wasser 2257 Kilojoule pro Kilogramm, wobei der Siedepunkt bei 100 Grad Celsius liegt.
Sie sollten wissen, dass andere Stoffe bei unterschiedlichen Temperaturen zum Siedepunkt kommen und verschiedene Wärmemengen zum Verdampfen benötigen. So erreicht Quecksilber seinen Kochpunkt bei 357 Grad Celsius bei einer Wärmezufuhr von 285 Kilojoule pro Kilogramm. Dagegen liegt der Verdampfungspunkt bei Sauerstoff im Minusbereich bei -183 Grad Celsius, dem zum Erreichen des gasförmigen Aggregatzustandes 213 Kilojoule pro Kilogramm an Wärmemenge zugeführt werden muss.
Wollen Sie die benötigte Wärme für eine Masse m einer Flüssigkeit, die zum Verdampfen gebracht werden soll, ermitteln, können Sie dafür eine Formel nutzen. Sie lautet Q = m * r.
Beachten Sie, dass der Grund für die hohen Beträge der Verdampfungswärme darin begründet ist, dass bei der Verdampfung die gegenseitige Anziehung der Moleküle vollkommen überwunden wird und dass der Dampf sich gegen den äußeren Druck auf ein im Vergleich zur Flüssigkeit außerordentlich vergrößertes Volumen ausdehnen muss. So nimmt Wasserdampf beispielsweise bei 100 Grad Celsius das 1700-Fache des Volumens ein, das er als flüssiges Wasser benötigt.

Druck beim Kochpunkt durch Verdampfungswärme beachten

Es ist wichtig zu wissen, dass der Siedepunkt und die spezifische Verdampfungswärme von Stoffen nicht konstant, sondern sehr stark vom Druck abhängig sind. Bei höherem Druck liegt der Kochpunkt einer Flüssigkeit höher, bei kleinerem Druck niedriger. So siedet das Wasser unter einem Druck von 500 Hektopascal bei 81,4 Grad Celsius und unter einem Druck von 2 bar bei 120,2 Grad Celsius.
Die Moleküle der Flüssigkeit, die in den gasförmigen Zustand übergehen, erzeugen in dem flüssigen Stoff, insbesondere an ihrer Oberfläche, einen Druck. Sie nennen diesen physikalischen Vorgang Dampfdruck.
Weil mit zunehmender Temperatur immer mehr Moleküle verdampfen, wächst der Dampfdruck mit steigender Temperatur rasch. Ist der Druck ebenso groß wie der äußere Luftdruck geworden, kann die Dampfbildung in der ganzen Flüssigkeit einsetzen. Sie nennen dieses Phänomen Sieden. Daher ist der Siedepunkt dadurch gekennzeichnet, dass bei ihm der Dampfdruck gerade ebenso groß wie der Druck der umgebenden Atmosphäre wird. So siedet das Wasser in hoch gelegenen Orten, die einen geringeren Druck als die in Meereshöhe aufweisen, schon unter 100 Grad Celsius, wie beispielsweise in 500 Meter Höhe bei 98,3 Grad Celsius und in 1000 Metern bei 96,6 Grad Celsius.
Es ist interessant zu wissen, dass die Lebensmittelindustrie diesen physikalischen Vorgang nutzt und hitzeempfindliche Stoffe, bei dem der Wassergehalt entfernt werden soll, in einen luftverdünnten Raum bringen, wo das Wasser schon bei niedriger Temperatur verdampft. Aber auch schon unterhalb des Siedepunktes findet ein Übergang in den gasförmigen Zustand statt, den Sie Verdunstung nennen.
Beachten Sie, dass die Verdunstung nur an der Oberfläche erfolgt. Sie wird umso stärker, je näher die Temperatur an den Siedepunkt kommt, je größer die Oberfläche der Flüssigkeit ist und je trockener und bewegter die umgebende Luft ist. Ohne das Verdunsten könnte der Boden nach einem Regen oder die aufgehängte Wäsche nicht trocknen.
Zum Verdunsten wird die gleiche Wärmemenge benötigt wie zum Verdampfen bei der gleichen Temperatur und beim gleichen Druck. Beachten Sie, dass diese Wärme die Flüssigkeit ihrer Umgebung entzieht und dadurch die sogenannte Verdunstungskälte erzeugt. Auch Eis besitzt noch einen zwar kleinen, aber doch nachweisbaren Dampfdruck. Deshalb verdunstet Eis auch unter null Grad Celsius, oder es trocknet auch gefrorene Wäsche.


Gruß raffisworld