Sieden und Siedetemperatur

Sieden ist Verdampfen im Inneren der Flüssigkeit: Dampfblasen entstehen im ganzen Volumen, und das geht erst, wenn der Dampfdruck in den Blasen gegen den äußeren Druck bestehen kann. Deshalb hat Sieden eine feste Temperatur (bei Normaldruck 100 °C, unser zweiter Fixpunkt), und deshalb hängt diese Temperatur am Luftdruck: absenkbar mit einer Spritze, steigerbar im Schnellkochtopf.

Das Siede-Plateau ist der Zwilling des Schmelz-Haltepunkts und vollendet das Bild „Umwandlung frisst Wärme ohne Temperaturgewinn“. Die Druckabhängigkeit erklärt Alltag und Technik in einem Zug: warum Nudeln auf der Zugspitze länger brauchen, wie der Schnellkochtopf Zeit spart, warum man Siedeverzug fürchtet. Und sie zeigt, dass „100 °C“ eine Aussage über den Druck ist, nicht über das Wasser allein.

Dass Bergluft den Siedepunkt senkt, vermaßen Forscher schon im 18. Jahrhundert so verlässlich, dass „Siedethermometer“ als Höhenmesser dienten: ein Grad weniger je 300 Höhenmeter. Denis Papins „Digesteur“ (1679), der Ur-Schnellkochtopf, nutzte die Gegenrichtung (mehr Druck, mehr Temperatur), lange bevor die Theorie dazu stand.

Erhitze 300 ml Wasser mit konstanter Heizstufe, miss alle 30 Sekunden die Temperatur und führe die Messung nach Siedebeginn noch mindestens fünf Minuten bei voller Heizleistung fort.

Die Erwartung nach dem Schmelz-Experiment: Dort stoppte die Temperatur, solange ein Umbau lief (fest zu flüssig). Sieden ist ebenfalls ein Umbau (flüssig zu gasförmig). Also sollte die Kurve wieder in ein Plateau laufen, diesmal oben bei etwa 100 °C, und dort bleiben, bis das Wasser verkocht ist. Die Verdampfungswärme ist mit 2256 kJ/kg fast siebenmal größer als die Schmelzwärme; das Plateau müsste, gleiche Heizleistung vorausgesetzt, entsprechend zäher sein.

Worauf beim Blasenbild zu achten ist: Lange vor dem Sieden steigen kleine Bläschen auf. Das ist gelöste Luft, die beim Erwärmen austritt, noch kein Sieden. Echtes Sieden erkennt man an großen, im ganzen Volumen entstehenden Dampfblasen und am Stillstand des Thermometers. Beides gehört zusammen protokolliert.

Siedesteinchen von Anfang an zugeben (sie liefern Keimstellen für Dampfblasen und verhindern Siedeverzug); Thermometerfühler mittig ins Wasser, ohne Boden- oder Wandkontakt.

Becherglas auf Heizplatte, Thermometer im Stativ mittig, Siedesteinchen am Boden; daneben t-ϑ-Achsenkreuz mit erwartetem Knick ins Plateau.

Aufbau Variante 1: Becherglas mit Wasser und Siedesteinchen auf der Heizplatte, Digitalthermometer im Stativ, Stoppuhr. Variante 2: Kunststoffspritze (20 bis 60 ml, ohne Kanüle!) mit Verschlusskappe oder Fingerdichtung, Becher mit etwa 55 °C warmem Wasser.

Starttemperatur notieren, Heizplatte auf feste Stufe; alle 30 s ablesen und das Blasenbild stichwortartig notieren; bei Siedebeginn auf volle Leistung schalten und weitere 5 min messen.

Das Hochschalten auf volle Leistung ändert die Temperatur um keinen Zehntelgrad: Es sprudelt nur wilder, und der Wasserstand fällt schneller.

Das Plateau deuten: Ab Siedebeginn hat die Heizenergie einen Abnehmer, der beliebig viel schluckt: die Verdampfung. Jedes zusätzliche Watt verdampft mehr Wasser pro Sekunde ($Q_\mathrm{v} = \lambda_\mathrm{v} m$), statt die Temperatur zu heben: Sichtbar am wilderen Sprudeln und am schneller sinkenden Wasserstand bei exakt gleicher Anzeige. Flüssiges Wasser kann unter diesem Druck schlicht nicht heißer werden: Überschüssige Energie verlässt den Topf als Dampf.

Warum 99,4 statt glatt 100,0: Der Siedepunkt hängt am Luftdruck (Variante 2 zeigt es drastisch). An einem Tiefdrucktag oder in höherer Lage liegt er ein Stück unter 100 °C, hier gut ein halbes Grad. Dazu kommt die Toleranz des Fühlers. Die Abweichung ist also kein Messfehler, sondern selbst Physik: „100 °C“ gilt exakt nur bei Normaldruck.

Konsequenz für die Küche: „Auf großer Flamme kocht es heißer“ ist damit widerlegt. Ab dem Sprudeln gart alles bei derselben Temperatur; mehr Leistung verschwendet nur Energie und Wasser. Herunterschalten auf „gerade noch sprudelnd“ gart genauso schnell.

Siedendes Wasser hält seine Siedetemperatur (hier 99,4 °C) unabhängig von der Heizleistung; alle weitere Energie geht in die Verdampfung. Das Plateau ist der zweite Fixpunkt der Celsius-Skala und der Beweis, dass „mehr Flamme“ nichts heißer kocht.

Die Plateau-Aussage ist robust, die Feinheiten sind es nicht: