Wasser hat eine hohe Verdampfungswärme
Die Verdampfungswärme von Wasser ist eine der höchsten aller Flüssigkeiten.
Wissenschaftliche Erklärung
Um einen Liter Wasser bei 100 Grad Celsius vollständig in Dampf umzuwandeln, benötigt man etwa 2260 Kilojoule — genug Energie, um denselben Liter Wasser von 0 auf 540 Grad Celsius zu erwärmen, wenn das möglich wäre. Dieser Wert ist fast dreimal so hoch wie bei Ethanol (846 kJ/kg) und mehr als fünfmal so hoch wie bei Benzol (394 kJ/kg).
Die Ursache liegt in den Wasserstoffbrückenbindungen. Beim Verdampfen muss jedes Molekül aus dem flüssigen Netzwerk herausgelöst werden, was bedeutet, dass sämtliche Brücken zu den Nachbarn gleichzeitig gebrochen werden müssen. Da jedes Wassermolekül an bis zu vier Brücken beteiligt ist und jede Brücke eine Bindungsenergie von etwa 20 Kilojoule pro Mol besitzt, summiert sich der Energiebedarf auf einen aussergewöhnlich hohen Wert.
Zum Vergleich: In Ethanol bestehen zwar auch Wasserstoffbrücken, aber nur etwa zwei pro Molekül, und in Benzol gibt es gar keine — dort halten nur schwache Dispersionskräfte die Moleküle zusammen.
Schritt für Schritt
Energie zuführen
Wir erwärmen Wasser von Raumtemperatur. Die x-Achse zeigt die zugeführte Energie in Kilojoule pro Kilogramm, die y-Achse die Temperatur in Grad Celsius.
Temperatur steigt
Die Temperatur steigt gleichmässig von 20 auf 100 Grad Celsius. Pro Grad benötigt Wasser 4,18 kJ/kg -- das ist bereits ungewöhnlich viel.
Das Plateau
Bei 100 Grad Celsius passiert etwas Bemerkenswertes: Die Temperatur bleibt konstant, obwohl weiterhin Energie zufliesst. Die gesamte Energie geht in den Phasenübergang -- Wasser wird zu Dampf.
Der Vergleich
Wasser benötigt 2260 kJ/kg zur Verdampfung -- fast dreimal so viel wie Ethanol (840 kJ/kg) und mehr als viermal so viel wie Aceton (520 kJ/kg). Grund: Jedes Molekül muss bis zu vier Wasserstoffbrücken gleichzeitig brechen.
Alltagsrelevanz
Die hohe Verdampfungswärme ist der Grund, warum Schwitzen uns kühlt: Wenn Schweiss auf der Haut verdunstet, entzieht er dem Körper grosse Mengen Wärme. Schon die Verdunstung weniger Milliliter genügt, um die Temperatur spürbar zu senken. Auch nasse Kleidung fühlt sich kalt an, weil das verdunstende Wasser Wärme aus dem Stoff und der Haut zieht.
In der Natur reguliert die hohe Verdampfungswärme das Klima: Die Verdunstung über den Ozeanen transportiert riesige Energiemengen in die Atmosphäre, die bei der Wolkenbildung und als Niederschlag wieder freigesetzt werden. Dieser Wasserkreislauf ist eine der wichtigsten Wärmepumpen der Erde.