Dies ist ein Chache einer Mysterie-Serie rund um die Themen
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Viel Spaß beim Lösen!
Die folgende Darstellung ist stark vereinfacht und soll somit auch dem Nicht-Naturwissenschaftler ermöglichen, zu verstehen, was der Tripelpunkt des Wassers ist. Ich hoffe, das ist mir gelungen.
Der Tripelpunkt des Wassers – Ein faszinierendes Phänomen
Wasser kennt man in drei verschiedenen Zuständen: flüssig (Wasser), fest (Eis) und gasförmig (Dampf). Diese Zustände können je nach Temperatur und Druck ineinander übergehen:
- Schmelzen: Wenn Eis schmilzt, wird es zu flüssigem Wasser.
- Gefrieren: Wasser kann bei Kälte gefrieren und zu Eis werden.
- Verdampfen: Wenn Wasser erhitzt wird, geht es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über – es "kocht".
- Kondensieren: Umgekehrt, wenn Wasserdampf abkühlt, wird er wieder flüssig (man kennt das von der beschlagenen Brille).
- Sublimieren: Bei sehr niedrigen Temperaturen kann Eis direkt in Dampf übergehen, ohne flüssig zu werden (zum Beispiel bei der Gefriertrocknung).
- Resublimieren: Und umgekehrt kann Dampf direkt zu Eis werden, ohne flüssig zu werden (das passiert oft bei der Bildung von Reif).
Die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen hängen stark von zwei Faktoren ab: der Temperatur und dem Druck.
Was ist der Tripelpunkt?
Normalerweise kennt jeder den Siedepunkt von Wasser: es beginnt bei 100 °C zu kochen. Allerdings stimmt das nur bei einem Druck von etwa 1013 mBar (normaler Luftdruck auf Meereshöhe). Steigt oder sinkt der Druck, ändert sich auch der Siedepunkt. In großen Höhen, wo der Druck deutlich geringer ist, kocht Wasser schon bei einer niedrigeren Temperatur. In einem Dampfdruckkochtopf, wo der Druck höher ist, kocht Wasser erst bei bis zu 120 °C.
Auch der Gefrierpunkt liegt nicht immer genau bei 0 °C, sondern hängt ebenfalls, wenn auch nur wenig, vom Druck ab.
Aber was passiert, wenn der Druck extrem gering wird? Bei einem Druck von etwa 6 mBar kocht Wasser schon bei einer Temperatur von 0,01 °C. Auch der Gefrierpunkt liegt bei 6 mBar Druck bei einer Temperatur von 0,01 °C. Hier kann Wasser also gleichzeitig gefrieren und kochen und somit in allen drei Aggregatzuständen gleichzeitig existieren – als Eis, Wasser und Dampf. Diesen Zustand nennt man den Tripelpunkt des Wassers. Es ist der einzige Punkt, an dem Wasser gleichzeitig in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand vorliegen kann!
Wozu ist der Tripelpunkt gut?
Der Tripelpunkt ist ein stabiler Zustand, der nur bei genau diesen Temperatur- und Druckverhältnissen existiert. Wenn man eine Mischung aus Wasser, Eis und Wasserdampf bei 0,01 °C und 6 mBar in einem Gefäß hat und führt Energie zum Beispiel in Form von Wärme zu, dann führt das zu einer Veränderung des „Mischungsverhältnisses“ zwischen diesen drei Zuständen. Es würde also beispielsweise mehr Eis schmelzen oder mehr Wasser verdampfen, aber Temperatur und Druck bleiben dabei konstant. Dies macht den Tripelpunkt zu einem nützlichen Phänomen für sehr präzise Kalibrierungen in wissenschaftlichen Geräten.
Final
Für die Finalkoordinaten dieses Caches müsst ihr nur noch ein paar Fragen zu diesem Thema beantworten. Wenn ihr den Text aufmerksam gelesen habt, dürfte das aber kein Problem sein...
