Versuch 45: Der Eiskocher - Einleitung

Das im Eiskocher Versuch beschriebene Phänomen ist zugegeben eher physikalischer Natur. Er beschreibt aber fantastisch die Eigenschaften des Stoffes Wasser und qualifiziert sich so auch für die Chemie. Die Eigenschaften der uns umgebenden Stoffe nehmen wir ab dem Jugendalter in fehlerhafter Weise nur zu gerne als unumstößlich hin.

Aus neurologischer und entwicklungsbiologischer Sicht macht das natürlich auch viel Sinn. Sich grundlegende Zusammenhänge der Welt stets neu zu definieren würde unseren Alltag erheblich erschweren. Nehmen wir das Halbwissen der Welt also als einen Segen hin! Für unser Wissen über das Wasser gilt nach unserem Denken, dass es bei 0°C „gefriert“, also fest wird und bei 100°C kocht, also gasförmig wird. Doch gilt das immer?

Machen wir ein Gedankenexperiment, dass wir bei folgendem Versuch im Hinterkopf behalten. Zwei Gentlemen eines englischen Clubs gehen eine Wette ein. Wer zuerst den Gipfel des höchsten Berges der Erde erreicht gewinnt. Der Sieger möge den Verlierer mit einem Frühstück empfangen. Dazu zähle ein englischer Tee und ein gekochtes Ei. Sehen wir von den Schwierigkeiten auf dem Weg zum Gipfel ab und gehen wir davon aus, dass alles Gerät zum Kochen vorhanden ist, stellt sich dennoch die Frage: Kann man auf dem Mount Everest überhaupt ein Ei kochen?

Die Frage hat nun wirklich wenig mit einem Eiskocher gemein, oder? Hier bringt ein Eiswürfel eine Flasche Wasser zum Kochen und um es vorweg zu nehmen: „Nein, ein Ei kann man auf diese Weise nicht kochen.“ Dieses wirklich Hirnschmalz lösende Phänomen macht aber klar, wovon das „Kochen“ auf der Erde abhängt. Also Augen auf und das Rätsel gelöst!

Sicherheitssymbole

Als Schülerversuch geeignet. Schutzbrille tragen!

Chemikalien

  • Heißes Wasser
  • Eiswürfel

Materialien

  • Glasflasche mit Metalldeckel
  • Wasserkocher
  • Thermometer

Durchführung

Für den Versuch sollte man einige Eiswürfel parat haben und eine durchsichtige Glasflasche. Wer bei folgendem Versuch Wasser auf dem Tisch scheut sollte die Flasche in eine kleine Schale stellen, alle anderen stellen sie auf den Tisch.

Heißes Wasser wird aufgesetzt und die Flasche bis über den Rand mit dem kochenden Wasser gefüllt. Am besten ist es, wenn sich ein kleiner Wasserberg über dem Flaschenhals bildet.

Wer beim Versuch die Temperatur messen möchte legt ein passendes Thermometer in die Flasche. Nun wird die Flasche mit dem Deckel verschlossen und stetig Eiswürfel auf den Deckel gelegt.

Entsorgung

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Ergebnisse

Es steigen deutlich sichtbar Gasblasen auf, die sich mehr und mehr häufen. Die Temperatur nimmt dabei allerdings stetig mehr und mehr ab. Weit unter 100°C kocht das Wasser trotzdem. Der gebildete Wasserdampf scheint keine Auswirkung auf die Flasche zu haben. Die Flasche ist bis oben hin mit Wasser gefüllt, es befindet sich also kaum Luft im System.

Das erhitzte Wasser nimmt einen bestimmten Raum ein. Da sich bei Wärmezufuhr Stoffe in der Regel ausdehnen und in der Kälte zusammenziehen nimmt das heiße Wasser einen größeren Raum ein, als kaltes Wasser. Kühlt man also das Wasser durch Auflegen von Eiswürfeln auf den Deckel, so zieht es sich dort zusammen. Es entsteht ein freier Raum. Wasser siedet bei unseren Erdbedingungen normalerweise erst bei 100°C. Maßgeblicher Grund dafür ist der Luftdruck, also die Luft die auf das Wasser drückt und so das Verdampfen des Wassers erschwert. Deshalb muss Wasser auch so viel Energie zugeführt werden bis es siedet.

In der Flasche ist ein Leerraum entstanden, dem Wasser wird kein Gegendruck entgegen gesetzt und es kann viel leichter gasförmig werden. Es siedet also schon unter 100°C. Das funktioniert solange bis sich der leere Raum wieder mit Wasserdampf gefüllt hat, also wieder ein Gegendruck entsteht. Durch weiteres Kühlen mit Eiswürfeln wird der Wasserdampf aber wieder abgekühlt und sinkt als Wasser zu Boden. Der Vorgang wiederholt sich und verstärkt sich sogar, da das Wasser insgesamt mit der Zeit immer stärker abgekühlt wird und so weniger Raum einnimmt.

Bis ca. 45°C kann das Wasser in der Flasche die Energie für die Verdampfung liefern. Die Lösung für oben gestellte Frage ist also klar die Meereshöhe. Ein hungriger Forscher auf dem Everest wird seine Probleme haben das Frühstücksei zu kochen. Dort auf 8848 Metern Höhe ist der Luftdruck viel geringer und dementsprechend schneller siedet das Wasser, nämlich schon bei 70°C. Das Wasser kann also weniger Energie speichern, die aber ja zum Kochen des Eies benötigt wird.

Den gegenteiligen Effekt macht man sich in Dampfdruckkochtöpfen, so genannten Schnellgarern zu nutze. Es handelt sich dabei um Kochtöpfe, deren Deckel fest verschlossen wird. Während des Kochens sammelt sich Wasserdampf im Kochtopf, der nicht aus dem Topf kann. So steigt der Druck auf einen geringen Überdruck von ca. 1 bar was die Siedetemperatur des Wassers allerdings auf ca. 120°C erhöht. Speisen können durch die höhere Temperatur/Energie schneller gegart werden.

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Versuchsbild

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