Wat is het verschil tussen koken en verdampen?

Antwoord

Beste Paulien,

Zowel verdampen als koken is een faseovergang van vloeibare naar gasvormige toestand. Verdampen gebeurt inderdaad enkel aan het oppervlak en koken in de bulk van de vloeistof.

De figuur geeft de dampdruk van water weer in functie van de temperatuur. Bij bv. 60°C kan je zien dat de dampdruk ongeveer 20 kPa bedraagt. Stel dat boven het wateroppervlak zich lucht bevindt bij een druk van 100 kPa (= normale omgevingsdruk). Dan zal, dicht bij het wateroppervlak, de partieeldruk van het water in de lucht dus 20 kPa bedragen en dus zal één vijfde (20 kPa/100 kPa) van de moleculen die je daar vindt een watermolecule zijn. De overige 4/5 zijn luchtmoleculen (voornamelijk stikstof en zuurstof).

Ter volledigheid: Indien dit experiment zich in een afgesloten ruimte afspeelt, waarvan de druk op 100 kPa wordt gehouden, zal na voldoende lang wachten de samenstelling van de lucht verder van het oppervlak ook deze toestand (1/5 waterdamp) aannemen. Tenminste als er voldoende water voorhanden is. De situatie waarbij de lucht voor 1/5 uit waterdamp bestaat, is dus de evenwichtstoestand. In het geval van verdampen noemt men dit ook de verzadigingstoestand. Wanneer de lucht verzadigd is, kan er (netto) geen extra water meer verdampen en de waarde 1/5 is dus het maximum (althans bij 60°C).

Op de figuur kan je ook zien dat bij 100°C de dampdruk 100 kPa bedraagt. Dicht bij het wateroppervlak zal de partieeldruk van het water in de 'lucht' dus 100 kPa bedragen en dus zal 1/1 (100 kPa/100 kPa) van de ruimte boven het oppervlak, alles dus, bestaan uit watermoleculen. Ik schreef lucht tussen aanhalingstekens, omdat de lucht daar dus 100% waterdamp bevat en geen stikstof of zuurstof meer. Je zou dus kunnen zeggen dat bij 100°C de drang om te verdampen zo groot geworden is dat de lucht erboven volledig wordt weggedrukt*. Dus zelfs wanneer je een dun laagje (denk vershoudfolie of iets dergelijks) op het oppervlak zou leggen, zou dit omhooggeduwd worden. Bij gewoon verdampen zou dit niet gebeuren.

Een andere manier om het te verwoorden, is: bij verdampen lost water op in de lucht erboven, terwijl bij koken het water op zichzelf gasvormig wordt. Dit is een beetje analoog aan de faseovergang van vast naar vloeistof (smelten). Een vaste stof, bv. keukenzout, kan oplossen in een vloeistof (en dus als het ware vloeibaar worden) bij lage temperatuur, maar pas bij hogere temperatuur (801°C) zal ze zelf vloeibaar worden (smelten).

* Het is geen toeval dat dit net bij 100°C gebeurt. De temperatuur waarbij water kookt, heeft men per definitie 100°C genoemd (in de oude definitie).

Met vriendelijke groeten,

Sander