Der Siedepunkt von Wasser liegt nicht unbedingt bei 100 Grad. Auch menschliche Körperflüssigkeiten können kochen. Glaubst du es?

Der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 0 °C und der Siedepunkt bei 100 °C. Wasser hat drei Zustände: fest, flüssig und gasförmig. Das heißt, Wasser ist fest, wenn die Temperatur unter 0 °C liegt, flüssig, wenn die Temperatur zwischen 0 °C und 100 °C liegt, und wird gasförmig, wenn die Temperatur über 100 Grad Celsius liegt.

Das ist einfach gesunder Menschenverstand im Umgang mit Wasser.

Dies waren auch die einzigen drei Aggregatzustände, die den Menschen in der Frühzeit bekannt waren. Dies ist jedoch nur der Zustand von Wasser unter bestimmten Bedingungen. Diese spezielle Bedingung ist eine Umgebung mit atmosphärischem Druck. Wenn es diese Umgebung verlässt, ist die Phasenübergangstemperatur des Wassers nicht mehr dieselbe.

Heute weiß man, dass Materie sieben Zustände hat, d. h., dass es neben den drei Zuständen gasförmig, flüssig und fest noch vier weitere gibt: Plasmazustand, Bose-Einstein-Kondensatzustand, Fermionen-Kondensatzustand, entarteter Elektronenzustand und entarteter Neutronenzustand. Diese physikalischen Zustände sind nicht Thema dieses Artikels, daher werde ich hier nicht näher darauf eingehen.

Lassen Sie uns nun über die Phasenübergangsbedingungen der drei Zustände von Wasser sprechen. In Umgebungen mit unterschiedlichem Luftdruck ändert sich die Phasenübergangstemperatur und der oben erwähnte gesunde Menschenverstand ist nicht länger gesunder Menschenverstand. Wasser gefriert und wird nur bei Temperaturen unter 0 °C und einem atmosphärischen Druck fest. es wird erst über 0 °C flüssig; und es verdampft erst bei 100 °C zu Wasserdampf.

Außerhalb einer Umgebung mit atmosphärischem Druck ändert sich die Phasenübergangstemperatur.

Bereits am 1. Januar 1990 förderte das Internationale Komitee für Maß und Gewicht die Einführung der neu überarbeiteten internationalen Temperaturskala und legte fest, dass die thermodynamische Temperaturskala (Kelvin-Skala, Symbol K) die international einheitliche Temperaturskala ist und die Celsius-Temperaturskala der thermodynamischen Temperaturskala entsprechen muss, 0 K = -273,15 °C, sodass die vorherige Celsius-Temperaturskala einige Unterschiede aufweist.

Genau genommen beträgt der Siedepunkt von Wasser bei 1 Standardatmosphärendruck gemäß der neuen Temperaturskala genau 99,974 °C. Natürlich kann dieser geringe Unterschied zu 100 °C in unserem täglichen Leben ignoriert werden. Was also ist 1 Standardatmosphäre? Er beträgt 101325 Pa (Pascal), was auch als 101,325 kPa (Kilopascal) oder 1013,25 hPa (Hektopascal) bezeichnet werden kann.

Im Alltag bezeichnen die Menschen 1 Atmosphäre Druck oft als 1 Kilogramm Druck usw.

Wenn sich der Luftdruck ändert, ändert sich auch der Siedepunkt des Wassers

Der Siedepunkt von Wasser ist unter verschiedenen Luftdruckbedingungen unterschiedlich. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Luftdruck, desto höher der Siedepunkt, und je niedriger der Luftdruck, desto niedriger der Siedepunkt. Warum sagen Sie, dass es im Allgemeinen wahr ist? Dies liegt daran, dass sich der Phasenwechsel des Wassers nicht linear ändert, wenn der Luftdruck einen extrem hohen oder extrem niedrigen Zustand erreicht, sondern ein überkritischer Zustand erreicht wird.

In unserem täglichen Leben verwenden wir häufig hohen Druck, um den Siedepunkt zu erhöhen. Beispielsweise wird beim Schmoren von Knochen im Schnellkochtopf durch das Verschließen des Topfes der Druck im Topf kontinuierlich erhöht und dadurch der Siedepunkt des Wassers angehoben, wodurch das Schmoren der Knochen einfacher und schneller geht.

Haushaltsschnellkochtöpfe können im Allgemeinen einem maximalen Druck von 2 Kilogramm standhalten, was zwei Atmosphären Druck entspricht, also 101325 Pa * 2 = 202625 Pa. Unter diesem Druck kann der Siedepunkt von Wasser 134 °C erreichen; Um die Sicherheit im Haushalt zu gewährleisten, wird der Druck in Schnellkochtöpfen während des Betriebs im Allgemeinen unter 1 Atmosphäre gehalten. Wenn der Druck im Topf 1 Atmosphäre erreicht, liegt der Siedepunkt des Wassers bei etwa 120 °C; In herkömmlichen Schnellkochtöpfen für den Haushalt liegt der Druck zwischen 0,5 und 0,8 Atmosphären, und der Siedepunkt von Wasser liegt bei etwa 112 bis 117 °C.

Industriekessel können im Allgemeinen einen Druck von 4 bis 8 Kilogramm erreichen und der Siedepunkt von Wasser kann 150 bis 170 Grad erreichen. Bei jedem Gasleck besteht Verletzungsgefahr, daher muss der Kesselsicherheit besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Grund, warum Wasser kocht, auf dem Prinzip der thermischen Ausdehnung und Kontraktion beruht. Wenn Wasser kocht, erscheinen am Boden des Kessels einige kleine Blasen, die sogenannten Verdampfungskeime. Wenn die verdampften Kerne erhitzt werden, steigen sie weiter auf und es kommt zu einem Siedephänomen. Unter bestimmten Bedingungen, bei denen der Boden des Wasserkochers nicht erhitzt wird, ist das Wasser relativ sauber und es ist schwierig, Dampfkeime im Wasser zu erzeugen. Obwohl die Wassertemperatur während des Erhitzungsvorgangs weiter ansteigt, beginnt das Wasser nicht zu kochen, wenn es 100 °C überschreitet.

Wird Wasser in der Mikrowelle erhitzt, entstehen keine Verdampfungskeime und es kann leicht passieren, dass der Siedepunkt überschritten wird, ohne dass es zum Kochen kommt. Diese Art von Wasser wird überhitztes Wasser (Flüssigkeit) genannt. Wenn Sie diesem überhitzten Wasser einige kleine Partikel hinzufügen oder es willkürlich umrühren, entstehen plötzlich Verdampfungskeime, die zu einem sofortigen Siedevorgang führen. Daher möchten wir Sie daran erinnern, dass Sie, wenn Sie gerade überhitztes Wasser in einem Mikrowellenherd erhitzt haben, es vor der Verwendung eine Weile stehen lassen sollten, um Verletzungen zu vermeiden.

Phasenübergang von Wasser unter extrem hohem Druck

Wenn der Wasserkochbehälter wiederholt unter Druck gesetzt wird, steigt dann die Wassertemperatur linear mit dem Druckanstieg an und steigt auch der Siedepunkt weiterhin linear an? Die Antwort ist nein, es handelt sich um die ungewöhnliche Situation, die ich zuvor erwähnt habe.

Wenn der Druck immer wieder ansteigt und einen kritischen Punkt erreicht, kocht das Wasser unter diesem Druckzustand nicht mehr; Wenn der Druck auf ein bestimmtes Niveau ansteigt, kocht das Wasser nicht nur nicht, sondern wird auch fest. Dies ist der Phasenwechsel von Wasser unter Druck.

Der kritische Punkt ist: Wenn der Druck auf etwa 225 Atmosphären steigt, erreicht der Siedepunkt von Wasser 374,3 °C. Bei weiterem Anstieg des Luftdrucks wird die Wassertemperatur nicht ansteigen und das Wasser wird nicht kochen. Dies liegt daran, dass das spezifische Gewicht von gesättigtem Dampf und gesättigtem Wasser zu diesem Zeitpunkt gleich ist und es keinen Unterschied zwischen den beiden Zuständen gibt. Dieses Wasser wird als überkritisches Wasser bezeichnet.

Wenn der Druck größer als 10.000 bis 100.000 Atmosphären ist, das heißt, wenn auf 1 Quadratmeter Wasseroberfläche ein Druck von 10 bis 100 Millionen Tonnen lastet, liegt das Wasser nicht mehr in flüssiger, sondern in fester Form vor. Dieser feste Zustand ist jedoch nicht mehr das übliche „Eis“, das wir sehen, sondern ein spezielles Eis mit einer höheren Dichte.

Wenn der Druck ansteigt und 10 Millionen Atmosphären erreicht, geht das Wasser in einen metallischen Zustand über. Wenn der Druck höher ist und 450 Millionen Atmosphären erreicht, wird die Molekularstruktur jeder Substanz zerstört und die Atome werden abgeflacht, einschließlich Wasser, und werden zu elektronenentarteter Materie wie einem weißen Zwerg; Wenn der Druck 10^28 Atmosphären erreicht, also 1 Billion Billionen Atmosphären, wird jede Substanz, einschließlich Wasser, zu neutronenentarteter Materie wie ein Neutronenstern.

Natürlich ist es unter irdischen Bedingungen unmöglich, diese Werte zu erreichen, doch Wissenschaftler haben im Labor bereits mithilfe von Laserbeschuss einen atmosphärischen Druck erreicht, der auf mikroskopischer Ebene dem des Erdkerns entspricht, also drei bis vier Millionen Atmosphären Druck. Zusätzlich zum Natureis gibt es 18 verschiedene Eissorten. Dies sind alles Phasenwechselformen von Wasser. Daher kann man sagen, dass es nicht weniger als 21 Formen von Wasser gibt.

Nun, oben geht es darum, was aus Wasser wird, wenn der Druck weiter steigt, insbesondere um die Veränderung des Siedepunkts von Wasser. Als nächstes sprechen wir über die Änderung des Siedepunkts von Wasser unter reduziertem Druck.

Mit abnehmendem Druck sinkt der Siedepunkt des Wassers immer weiter.

Der Siedepunkt von Wasser sinkt mit abnehmendem Luftdruck, weist jedoch nicht immer diese lineare Beziehung auf. Wenn ein Schwellenwert erreicht wird, kommt die Änderung abrupt zum Stillstand. Dieser kritische Punkt wird jedoch durch die Temperatur begrenzt. Darauf werde ich heute nicht näher eingehen.

In der Flugmedizin gibt es eine Armstrong-Grenze, die besagt, dass in einer Höhe von etwa 18.900 bis 193.500 Metern über der Erdoberfläche, wenn der Luftdruck auf 6,3 kPa (etwa 0,062 Standardatmosphärendruck) abfällt, der Siedepunkt von Wasser 37 °C beträgt, was in etwa der menschlichen Körpertemperatur entspricht. Daher ist diese Höhe für Menschen gesperrt und ohne Schutz in dieser Höhe kochen die menschlichen Körperflüssigkeiten.

Wie fühlt es sich an, wenn Ihre Körperflüssigkeiten kochen? Das gesamte Wasser in Ihrem Körper wird kochen, und auch Ihre Tränen, Ihr Rotz, Ihr Speichel, Ihr Schweiß, Ihr Blut, Ihr Urin usw. werden kochen, und das Gas wird sich noch mehr ausdehnen. Experten warnen daher davor, in einer solchen Umgebung den Atem anzuhalten, da es sonst zu einem Platzen der Lungenbläschen kommen kann.

In diesem Zustand werden zunächst alle Gase aus dem menschlichen Körper schnell ausgeschieden. Wenn die Person noch nicht ins Koma gefallen ist, kann sie hören, wie aus allen Auspufflöchern über und unter ihr Gase austreten, und das Geräusch ist viel lauter als das eines normalen Furzes. Die Feuchtigkeit in Tränen, Rotz, Schweiß und Haut wird schnell sublimiert. Wenn Blut und Urin kochen, platzt der ganze Körper einer Person und sie stirbt.

Glücklicherweise sind die meisten Körperflüssigkeiten, wie beispielsweise Blut, in der menschlichen Gewebehöhle eingeschlossen und stehen unter Druck, sodass sie nicht plötzlich kochen. Allerdings kochen die Körperflüssigkeiten in den lockeren Bindegeweben, beispielsweise auf der Körperoberfläche und in der Bindehaut, dennoch schnell, was zu schlimmen Zuständen wie hervortretenden Augen, blutender Nase und Mund sowie aus der Haut spritzendem Blut führen kann. Außerdem schwillt der Körper aufgrund der Flüssigkeitsausscheidung schnell an.

Wenn die Menschen dieser Umgebung nicht so schnell wie möglich entkommen können, sterben sie schnell und dehydrieren schnell bis zur Mumie.

Je niedriger der Luftdruck, desto schwerwiegender ist dieses Phänomen. Wenn Astronauten also Missionen im Weltraum durchführen und von ihrem Druckschutz getrennt und einer Vakuumumgebung ausgesetzt sind, ersticken sie nicht zuerst, sondern sterben durch das Kochen und Platzen von Körperflüssigkeiten.

Mehrere historische Fälle von Vakuumexposition

Der höchste Rekord für menschliches Fallschirmspringen aus großer Höhe liegt bei 39.000 Metern. Dieser Rekord wurde am 15. Oktober 2012 vom österreichischen Extremsportler Felix Baumgartner aufgestellt und bis heute gehalten. Den bisherigen Rekord hielt der US-Offizier Joe Kittinger, der 1960 aus 31.300 Metern Höhe aus einem Heliumballon sprang.

Ihre Absprunghöhe beim Fallschirmspringen lag weit über Armstrongs Limit, sodass sie ohne Schutz mit Sicherheit sterben würden. Um mit dem Kochen der Körperflüssigkeiten und dem Sauerstoffmangel aufgrund des niedrigen Luftdrucks klarzukommen, trugen sie vor dem Sprung druckfeste Sauerstoffanzüge, die Raumanzügen ähnelten. Beide Sprünge waren erfolgreich, doch Kittingers Sprung ging schief und kostete ihn beinahe das Leben.

Der Grund dafür war, dass beim Sturz der rechte Handschuh von Kittingers Druckanzug seine Versiegelung verlor und augenblicklich einer Umgebung mit nahezu luftleerem Raum ausgesetzt war. Kittinger spürte einen stechenden Schmerz in seiner rechten Hand, die bald auf die doppelte Größe anschwoll. Glücklicherweise blockierte seine geschwollene Hand das Luftleck im Druckanzug. Er fiel mit einer Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit frei und erreichte bald die Troposphäre. Der Luftdruck stieg allmählich an, dann öffnete er den Fallschirm und landete bald sicher. Bald war seine geschwollene Hand wieder normal.

Im Jahr 1965 wurde während eines Vakuumkammerexperiments im Weltraumzentrum der NASA der Raumanzug einer Versuchsperson namens Subject plötzlich undicht, wodurch sein ganzer Körper einem extrem niedrigen Luftdruck ausgesetzt war. Innerhalb von nur 14 Sekunden verlor das Subjekt das Bewusstsein. Nachdem das Personal die Anomalie entdeckt hatte, blähte es die Vakuumkammer rasch auf, und als der Luftdruck eine Höhe von 5.000 Metern über dem Meeresspiegel erreichte, erlangte das Subjekt sein Bewusstsein zurück. Er sagte, das Letzte, woran er sich erinnere, sei der kochende Speichel auf seiner Zunge gewesen.

Dies waren alles Vorfälle ohne schwerwiegende Folgen, doch was zu der irreversiblen Tragödie führte, war der Weltraumvorfall vom 30. Juni 1971. An diesem Tag traten drei Astronauten aus der ehemaligen Sowjetunion, die ihre Mission beendet hatten, mit der Rückkehrkapsel des Raumschiffs Sojus 11 in die Atmosphäre ein. Sie hatten keine Ahnung, dass ihnen ein schneller Tod bevorstand.

Die drei Astronauten waren: Kommandant Georgy Dobrovolsky, Experimentalingenieur Viktor Patchayev und Flugingenieur Vladislav Volkov.

Sie blieben 23 Tage und mehr als 18 Stunden auf der Raumstation Saljut, führten eine Reihe von Beobachtungs- und Versuchsaufgaben durch, verließen Saljut und kehrten am 29. Juni um 21 Uhr zurück. Doch in der Rückkehrkapsel trug keiner der drei einen Raumanzug. Sie flogen mehr als vier Stunden im Orbit und kommunizierten mit der Erde, während sie auf die Gelegenheit warteten, das Orbitalmodul zu verlassen.

Am 30. Juni um 1:35 Uhr aktivierte die Raumsonde wie programmiert die Bremsrakete, senkte ihre Umlaufbahn und trat wieder in die Atmosphäre ein. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, das Verfahren zum Trennen der Rückkehrkapsel und der Orbitalkapsel zu befolgen. Genau hier liegt das Problem. Die Sprengbolzen hätten beim Trennungsvorgang nacheinander gezündet werden sollen, explodierten jedoch gleichzeitig, wodurch das Belüftungsventil der Rückkehrkapsel aufgerissen wurde.

Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Rückkehrkapsel in einer Höhe von 168 Kilometern und in der Kabine begann der Druck zu verlieren. Innerhalb weniger Sekunden sank der Luftdruck in der Kabine auf ein tödliches Niveau. Sie entdeckten dieses fatale Problem, aber das Luftventil befand sich unter Pachaevs Sitz. Er löste schnell seinen Sicherheitsgurt und versuchte, die Vakuumröhre zu blockieren. Die anderen beiden Personen konnten nur zuschauen, sich aber nicht rüberquetschen, um zu helfen, weil der Platz zu eng war. Daher gab es keine Möglichkeit, die Lücke innerhalb von 30 Sekunden zu schließen.

40 Sekunden später zeigte das biologische Sensorgerät der Rückkehrkapsel an, dass diese gerade noch lebendigen Lebewesen keine Lebenszeichen mehr von sich gaben, in nur 40 Sekunden; 212 Sekunden später sank der Luftdruck in der Kabine auf Null.

Der Rückführungsvorgang wurde zwar automatisch durchgeführt, der Fallschirm öffnete sich planmäßig und die Rückkehrkapsel landete sicher, zurückgeschickt wurden jedoch die Leichen von drei Astronauten. Die Todesursache war das durch die Dekompression verursachte Sieden der Körperflüssigkeiten. Die Lektion, die wir dieses Mal gelernt haben, war nicht nur der mechanische Fehler, sondern auch, dass die Astronauten ohne Raumanzüge zurückkehrten, sodass sie nach der Dekompression und völliger Freilegung keinen Schutz hatten.

Die Rückkehrkapsel war damals zu klein und die Raumanzüge zu sperrig, sodass die damalige sowjetische Raumfahrtbehörde Vorschriften erlassen hatte, denen zufolge Astronauten vor der Rückkehr ihre Raumanzüge ausziehen mussten. Dieser Unfall führte zur Entlassung und Untersuchung des für die Luft- und Raumfahrt zuständigen Generals und zur Änderung einiger Systeme und Vorschriften. Von da an war es weltweit streng vorgeschrieben, dass Astronauten beim Auf- und Rückflug Raumanzüge tragen mussten.

Diese Geschichten zeigen uns, dass der Aufenthalt in Umgebungen mit niedrigem Druck sehr gefährlich sein kann. Außerdem werden die Eigenschaften und Formen von Wasser in verschiedenen Umgebungen erläutert. Der Siedepunkt ändert sich mit dem Umgebungsluftdruck. Willkommen zur Diskussion, danke fürs Lesen.

Das Urheberrecht von Space-Time Communication liegt beim Original. Urheberrechtsverletzungen und Plagiate sind unethisches Verhalten. Bitte haben Sie Verständnis und kooperieren Sie.