Siedetemperatur

Wenn Wasser im Topf kocht, bleibt die Temperatur nicht einfach immer weiter bei jeder Sekunde hoeher. Trotz eingeschalteter Herdplatte misst du nahe 100 Grad Celsius, solange Wasser siedet. Genau dieses Verhalten hilft dir in Chemie zu erkennen, ob ein Stoff rein ist, welche Rolle der Luftdruck spielt und warum verschiedene Stoffe bei verschiedenen Temperaturen gasfoermig werden.

Deine Lernziele

• Ich kann erklaeren, was die Siedetemperatur eines Stoffes bedeutet.
• Ich kann Sieden von Verdunsten unterscheiden.
• Ich kann beschreiben, warum der Druck die Siedetemperatur veraendert.
• Ich kann erklaeren, warum Reinstoffe eine feste Siedetemperatur haben, Gemische aber oft einen Siedebereich.
• Ich kann Siedetemperaturen mit Teilchenkraeften begruenden.

Woran du die Siedetemperatur erkennst

Beim Erhitzen einer Fluessigkeit bewegen sich ihre Teilchen immer schneller. Irgendwann bilden sich nicht nur an der Oberflaeche, sondern auch im Inneren der Fluessigkeit Gasblasen. Dann siedet der Stoff.

Definition

Siedetemperatur

Die Siedetemperatur ist die Temperatur, bei der eine Fluessigkeit bei einem bestimmten Druck siedet. Beim Sieden geht sie vom fluessigen in den gasfoermigen Zustand ueber. Fuer Tabellen meint man meistens die Siedetemperatur bei Normaldruck.

Wichtig ist: Eine Siedetemperatur gehoert immer zu einem Druck. Auf Meeresspiegelhoehe liegt der Luftdruck ungefaehr bei Normaldruck. Wasser siedet dort bei etwa 100 Grad Celsius.

Definition

Normaldruck

Normaldruck ist ein festgelegter Vergleichsdruck von 1013 hPa. Siedetemperaturen in Schul- und Stofftabellen werden oft fuer diesen Druck angegeben.

Beispiel

Du erwaermst reines Wasser in einem offenen Becherglas bei Normaldruck.

1. Bei 20 Grad Celsius ist Wasser fluessig.
2. Beim Erhitzen steigt die Temperatur.
3. Nahe 100 Grad Celsius entstehen viele Dampfblasen im ganzen Wasser.
4. Solange Wasser und Wasserdampf gleichzeitig vorhanden sind, bleibt die Temperatur etwa bei 100 Grad Celsius.

Die Siedetemperatur von Wasser bei Normaldruck betraegt also etwa 100 Grad Celsius.

Merke

Siedetemperatur bedeutet nie nur eine Zahl. Frage immer mit: Bei welchem Druck?

Sieden ist nicht dasselbe wie Verdunsten

Vielleicht trocknet eine Pfuetze auch an einem kuehlen Tag. Sie siedet dabei nicht. Einzelne Wasserteilchen verlassen die Oberflaeche, obwohl keine Dampfblasen im Inneren entstehen.

Definition

Verdunsten

Verdunsten ist der Uebergang von fluessig zu gasfoermig unterhalb der Siedetemperatur. Es passiert nur an der Oberflaeche der Fluessigkeit.

Definition

Sieden

Sieden ist der Uebergang von fluessig zu gasfoermig bei der Siedetemperatur. Dabei entstehen Gasblasen im Inneren der Fluessigkeit und steigen auf.

Beim Sieden wird weiter Energie zugefuehrt, aber die Temperatur bleibt waehrend des Uebergangs fast konstant. Die Energie wird dafuer gebraucht, die Anziehung zwischen den Teilchen zu ueberwinden. Erst wenn die Fluessigkeit vollstaendig gasfoermig ist, kann die Temperatur des Gases weiter steigen.

Beispiel

Ein Topf mit Wasser steht auf der Herdplatte.

• Vor dem Sieden steigt die Temperatur von 20 Grad Celsius auf 100 Grad Celsius.
• Beim Sieden bleibt die Temperatur ungefaehr bei 100 Grad Celsius.
• Die zugefuehrte Energie trennt nun Wasserteilchen voneinander, damit Wasserdampf entsteht.
• Ist kein fluessiges Wasser mehr da, kann der Wasserdampf weiter erwaermt werden.

Das erklaert, warum kochendes Wasser bei Normaldruck nicht einfach 130 Grad Celsius heiss wird.

Gut zu wissen

Im Labor kann sehr reines Wasser in einem glatten Gefaess manchmal ueber seine Siedetemperatur hinaus erhitzt werden, ohne sofort sichtbar zu sieden. Eine kleine Stoerung kann dann ploetzliches Aufschaeumen ausloesen. Siedesteinchen geben Blasen Startpunkte und machen das Erhitzen kontrollierter.

Warum der Druck entscheidet

Eine Gasblase in einer Fluessigkeit muss gegen den Druck von aussen bestehen. Ist der aeussere Druck hoch, wird es fuer die Gasblase schwerer. Dann braucht der Stoff eine hoehere Temperatur. Ist der aeussere Druck niedrig, kann die Fluessigkeit schon bei niedrigerer Temperatur sieden.

Definition

Dampfdruck

Der Dampfdruck ist der Druck, den die gasfoermigen Teilchen eines Stoffes ueber seiner Fluessigkeit ausueben. Beim Sieden ist der Dampfdruck der Fluessigkeit so gross wie der aeussere Druck.

Beispiel

Vergleiche drei Situationen mit Wasser.

1. Offener Topf bei Normaldruck: Wasser siedet bei etwa 100 Grad Celsius.
2. Berg: Der Luftdruck ist niedriger. Wasser siedet schon unter 100 Grad Celsius.
3. Schnellkochtopf: Der Druck im Topf ist hoeher. Wasser siedet erst ueber 100 Grad Celsius.

Deshalb wird Essen im Schnellkochtopf schneller gar: Das Wasser kann heisser werden als in einem offenen Topf.

Merke

Niedriger Druck senkt die Siedetemperatur. Hoeherer Druck erhoeht die Siedetemperatur.

Reinstoffe, Gemische und Stoffvergleich

Eine Siedetemperatur ist besonders aussagekraeftig bei einem Reinstoff. Ein Reinstoff besteht aus nur einer Stoffart, zum Beispiel reinem Wasser oder reinem Ethanol. Ein Gemisch enthaelt mehrere Stoffe.

Definition

Reinstoff

Ein Reinstoff besteht aus nur einer Stoffart und hat bei gleichem Druck feste Stoffeigenschaften, zum Beispiel eine bestimmte Siedetemperatur.

Definition

Siedebereich

Ein Siedebereich ist ein Temperaturbereich, in dem ein Gemisch siedet. Er entsteht, weil die Bestandteile des Gemisches oft unterschiedliche Siedetemperaturen haben.

Wenn Salzwasser erhitzt wird, geht vor allem Wasser in die Gasphase. Das Salz bleibt zurueck. Bei Gemischen wie Benzin oder manchen Loesemittelgemischen sieden verschiedene Bestandteile nach und nach. Darum gibt man oft einen Siedebereich statt einer einzelnen Siedetemperatur an.

Beispiel

Du vergleichst drei Stoffproben bei Normaldruck.

• Probe A siedet lange fast konstant bei 78 Grad Celsius.
• Probe B siedet nicht bei einer festen Temperatur, sondern zwischen 60 und 90 Grad Celsius.
• Probe C siedet lange fast konstant bei 100 Grad Celsius.

Probe A koennte reines Ethanol sein. Probe C koennte reines Wasser sein. Probe B ist wahrscheinlich ein Gemisch, weil es ueber einen Bereich siedet.

Merke

Eine feste Siedetemperatur hilft beim Erkennen eines Reinstoffs. Ein breiter Siedebereich passt eher zu einem Gemisch.

Warum Stoffe unterschiedliche Siedetemperaturen haben

Nicht alle Teilchen halten gleich stark zusammen. Manche Molekuele ziehen sich stark an, andere nur schwach. Je staerker diese Anziehung ist, desto mehr Energie brauchst du, um die Teilchen voneinander zu trennen.

Definition

Zwischenmolekulare Kraefte

Zwischenmolekulare Kraefte sind Anziehungen zwischen Molekuelen. Sie sind keine Bindungen innerhalb eines Molekuels, beeinflussen aber Schmelz- und Siedetemperaturen.

Wasser hat eine hohe Siedetemperatur fuer ein kleines Molekuel, weil Wassermolekuele sich gegenseitig stark anziehen. Ethanol siedet niedriger als Wasser. Diethylether siedet noch niedriger. Die Werte aus der Tabelle zeigen: Nicht nur die Groesse eines Molekuels zaehlt, sondern auch die Art der Anziehung.

Beispiel

Vergleiche Wasser und Diethylether bei Normaldruck.

1. Wasser siedet bei etwa 100 Grad Celsius.
2. Diethylether siedet bei etwa 35 Grad Celsius.
3. Wasserteilchen ziehen sich staerker gegenseitig an.
4. Deshalb braucht Wasser mehr Energie, bevor viele Teilchen in die Gasphase gehen.

Die hoehere Siedetemperatur zeigt also staerkere Anziehung zwischen den Teilchen an.

Gut zu wissen

In hoeheren Klassen lernst du genauere Namen fuer diese Anziehungen, zum Beispiel Wasserstoffbruecken, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und London-Kraefte. Fuer den Einstieg reicht die Leitfrage: Wie stark halten die Teilchen zusammen?

Merke

Staerkere Anziehung zwischen Teilchen bedeutet meistens: hoehere Siedetemperatur.

Siedekurve und Phasendiagramm

Fuer einen Stoff gibt es nicht nur eine einzige moegliche Siedetemperatur. Zu jedem passenden Druck gehoert eine passende Siedetemperatur. Wenn man diese Werte in ein Diagramm eintraegt, entsteht eine Siedekurve.

Definition

Siedekurve

Die Siedekurve zeigt, bei welchen Kombinationen aus Druck und Temperatur ein Stoff siedet. Sie trennt im Diagramm den fluessigen Bereich vom gasfoermigen Bereich.

Ein Punkt auf der Siedekurve bedeutet: Fluessigkeit und Gas koennen gleichzeitig im Gleichgewicht vorkommen. Unterhalb der passenden Siedetemperatur bleibt der Stoff eher fluessig. Oberhalb davon liegt er eher gasfoermig vor, wenn der Druck gleich bleibt.

Beispiel

Stell dir ein einfaches Druck-Temperatur-Diagramm fuer Wasser vor.

• Bei etwa 1013 hPa gehoert die Siedetemperatur etwa 100 Grad Celsius dazu.
• Bei niedrigerem Druck liegt der passende Siedepunkt niedriger.
• Bei hoeherem Druck liegt der passende Siedepunkt hoeher.

Die Kurve sammelt also viele moegliche Siedebedingungen fuer denselben Stoff.

Merke

Eine Siedekurve liest du immer als Paar: Druck plus Temperatur.

Pruefungsmodus

In Aufgaben sollst du oft nicht nur eine Definition wiedergeben. Du musst entscheiden, welche Erklaerung zu einer Beobachtung passt.

Beispiel

Aufgabe: Eine klare Fluessigkeit siedet im offenen Gefaess bei 82 Grad Celsius. Nach einigen Minuten steigt die Temperatur langsam bis 95 Grad Celsius. Ist das eher ein Reinstoff oder ein Gemisch?

Loesung:

1. Bei einem Reinstoff bleibt die Temperatur waehrend des Siedens bei gleichem Druck lange fast konstant.
2. Hier steigt die Temperatur waehrend des Siedens weiter.
3. Das passt eher zu einem Gemisch, dessen leichter siedende Bestandteile zuerst verdampfen.

Antwort: eher Gemisch.

Alles auf einen Blick

Abschluss-Check

Zusammenfassung

Die Siedetemperatur ist die Temperatur, bei der eine Fluessigkeit bei einem bestimmten Druck siedet. Beim Sieden entstehen Gasblasen im Inneren der Fluessigkeit, beim Verdunsten entweichen Teilchen nur an der Oberflaeche.

Der Druck ist entscheidend: Niedriger Druck senkt die Siedetemperatur, hoeherer Druck erhoeht sie. Darum kocht Wasser auf Bergen unter 100 Grad Celsius und im Schnellkochtopf ueber 100 Grad Celsius.

Bei Reinstoffen ist die Siedetemperatur bei gleichem Druck eine typische Stoffeigenschaft. Gemische zeigen oft einen Siedebereich. Je staerker die Teilchen eines Stoffes einander anziehen, desto hoeher liegt meistens seine Siedetemperatur.