Wasser hat eine hohe Entropie der Verdampfung
Die Verdampfungsentropie von Wasser weicht deutlich von der Trouton-Regel ab.
Wissenschaftliche Erklärung
Die Trouton-Regel besagt, dass die molare Verdampfungsentropie der meisten Flüssigkeiten bei ihrem Siedepunkt etwa 85 bis 88 Joule pro Mol und Kelvin beträgt. Wasser weicht mit 109 Joule pro Mol und Kelvin deutlich nach oben ab — ein Zeichen dafür, dass flüssiges Wasser ungewöhnlich geordnet ist.
Die Verdampfungsentropie misst den Zuwachs an Unordnung beim Übergang von der Flüssigkeit zum Gas. Ein hoher Wert bedeutet, dass die Flüssigkeit relativ geordnet ist und beim Verdampfen viel Ordnung verloren geht. Im Fall von Wasser sorgt das ausgedehnte Wasserstoffbrückennetzwerk für eine für eine Flüssigkeit aussergewöhnlich starke Nahordnung. Wenn ein Molekül in die Gasphase wechselt, geht nicht nur seine Positionsbindung verloren, sondern auch die Orientierungsordnung, die durch die gerichteten Brücken aufgezwungen wird.
Auch Ethanol zeigt eine erhöhte Verdampfungsentropie (110 J/mol K), weil es ebenfalls Wasserstoffbrücken bildet. Benzol hingegen, das nur Dispersionskräfte besitzt, liegt mit 87 J/mol K genau im Trouton-Bereich. Esssigsäure hat mit 61 J/mol K sogar einen ungewöhnlich niedrigen Wert, weil sie als Dimer verdampft und dadurch weniger Ordnung verliert als erwartet.
Alltagsrelevanz
Die hohe Verdampfungsentropie von Wasser hat Konsequenzen für das Wetter und den Wasserkreislauf. Wenn Wasser verdunstet, nimmt der Dampf nicht nur Energie mit, sondern auch eine grosse Menge an “Ordnungsinformation”. Bei der Kondensation in den Wolken wird diese Entropie wieder freigesetzt, was zur Erwärmung der umgebenden Luft beiträgt und Konvektionsströme antreibt — eine der treibenden Kräfte hinter Gewitterbildung und tropischen Wirbelstüremen.