Flüssiges Wasser kann leicht überhitzt werden

Wissenschaftliche Erklärung

Wasser siedet bei 100 Grad Celsius — zumindest theoretisch. In der Praxis kann flüssiges Wasser deutlich über diese Temperatur hinaus erhitzt werden, ohne dass sich Dampfblasen bilden. Dieses Phänomen wird als Überhitzung (Superheating) bezeichnet und entsteht aus dem gleichen Prinzip wie die Unterkühlung: Es fehlen Keimbildungszentren, an denen sich die neue Phase — in diesem Fall Dampfblasen — bilden kann.

Damit eine Dampfblase im Inneren der Flüssigkeit überleben kann, muss sie gross genug sein, um den Druck der umgebenden Flüssigkeit und die Oberflächenspannung zu überwinden. Bei kleinen Blasen überwiegt die Oberflächenspannung, und die Blase kollabiert sofort. Erst ab einer kritischen Grösse wächst die Blase spontan. In sehr reinem Wasser ohne Verunreinigungen und in glatten Gefässen fehlen die Stellen, an denen sich diese kritischen Keime bilden können.

Wasser kann unter idealen Bedingungen bis auf etwa 300 Grad Celsius bei Normaldruck überhitzt werden — ein Zustand, der metastabil ist. Die absolute Grenze liegt bei der spinodalen Temperatur von etwa 330 Grad Celsius bei Atmosphärendruck, bei der die Flüssigkeit spontan und explosionsartig in Dampf übergeht. Jede noch so kleine Störung — ein Luftbläschen, ein Staubkorn, eine Vibration — kann die plötzliche und heftige Blasenbildung auslösen, die als Siedeverzug (Bumping) bekannt ist.

Alltagsrelevanz

Überhitzung ist im Alltag vor allem in der Mikrowelle ein bekanntes Risiko. Wenn Wasser in einem glatten Behälter erhitzt wird, fehlen die Keimbildungszentren, die für normales Sieden nötig sind. Das Wasser wird über 100 Grad Celsius heiss, sieht aber ruhig aus. Sobald man dann einen Löffel hineinstellt oder Instantkaffee hineinschüttet, kann das Wasser explosionsartig aufschäumen und schwere Verbrennungen verursachen.

Im Chemielabor schützt man sich vor Siedeverzug durch Siedesteinchen — kleine poröse Körper, deren raue Oberfläche als Keimbildungszentren für Dampfblasen dienen. In der Lebensmittelindustrie und bei industriellen Prozessen wird Überhitzung gezielt vermieden, um unkontrollierte Dampfexplosionen zu verhindern. Die Eigenschaft des Wassers, sich leicht überhitzen zu lassen, macht es zu einem Stoff, der mit Respekt behandelt werden muss.