Definition von Sieden
Sieden ist der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Es findet statt, wenn der Sättigungsdampfdruck dem Luftdruck entspricht (Luftdruck = Atmosphärendruck). Hier betrachten wir nur das Sieden von Wasser. Der Sättigungsdampfdruck von Wasser ist direkt proportional zur Wassertemperatur: Je höher die Wassertemperatur, desto höher der Sättigungsdampfdruck. Beim Erhitzen von Wasser bilden sich üblicherweise kleine Bläschen am Boden des Gefäßes. Das Vorhandensein von Bläschen zeigt den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand an. Ist der Sättigungsdampfdruck in der Blase geringer als der Luftdruck, schrumpft die Blase und kollabiert, bevor sie die Oberfläche erreicht. Die Blase kollabiert, weil die Druckkraft der Außenluft größer ist als die Druckkraft des Wasserdampfs in der Blase. Da der Luftdruck höher ist als der Dampfdruck in der Blase, wirkt die Außenluft mit größerer Kraft (P = F/A).
Mit steigender Wassertemperatur erhöht sich auch der Sättigungsdampfdruck in der Blase. Ist der Sättigungsdampfdruck in der Blase gleich dem oder höher als der Luftdruck im Raum, wächst die Blase und steigt zur Wasseroberfläche auf. Dort angekommen, platzt sie und der Wasserdampf in ihr entweicht. Es kommt zum Sieden. Die Blase wächst, weil die Druckkraft des Dampfes in der Blase größer ist als die des Luftdrucks.
Der Dampfdruck innerhalb der Blase ist höher als der äußere Luftdruck, daher übt der Dampf in der Blase eine größere Kraft aus. Mit zunehmender Größe der Blase steigt auch das Dampfvolumen, wodurch die Dampfdichte abnimmt. Da die Dampfdichte geringer ist als die Dichte von Wasser, kann die Blase an die Oberfläche steigen. Dies ist vergleichbar mit trockenem Holz oder Kork, die auf der Wasseroberfläche schwimmen. Trockenes Holz oder Kork schwimmen, weil ihre Dichte geringer ist als die von Wasser.
Sättigungsdampfdruck von Wasser
Aus der obigen Erklärung lässt sich schließen, dass Wasser siedet, wenn der Sättigungsdampfdruck des Wassers gleich dem oder höher als der Atmosphärendruck ist. Daher hängt der Siedepunkt von Wasser stark vom Atmosphärendruck ab. Je niedriger der Atmosphärendruck, desto niedriger der Siedepunkt. Umgekehrt gilt: Je höher der Atmosphärendruck, desto höher der Siedepunkt. Im Allgemeinen ist der Atmosphärendruck umso niedriger, je höher ein Ort über dem Meeresspiegel liegt. Daraus lässt sich schließen, dass der Siedepunkt umso niedriger ist, je höher ein Ort über dem Meeresspiegel liegt.
Der Siedepunkt auf einem Berggipfel ist niedriger als am Strand. Wasser, das auf einem Berggipfel erhitzt wird, kocht schneller als Wasser am Strand. Kocht man Reis jedoch auf einem Berggipfel, dauert es länger, da der Siedepunkt niedriger ist und das Wasser somit eine geringere Siedetemperatur erreicht. Um schneller zu kochen, verwendet man üblicherweise einen Schnellkochtopf . Dieser erhöht den Luftdruck, wodurch die Siedetemperatur steigt. Durch die höhere Siedetemperatur kocht das Wasser schneller und der Reis wird schneller weich.
