Czy woda zawsze wrze w 100°C? Niekoniecznie – temperatura wrzenia zależy przede wszystkim od ciśnienia. Sprawdźmy, jak to zjawisko wygląda w liczbach i co oznacza w praktyce.
Ile wynosi temperatura wrzenia wody?
Woda wrze w temperaturze 100 °C przy ciśnieniu 1013 hPa, czyli około jednej atmosfery. W tych samych warunkach jej temperatura topnienia to 0 °C.
Gęstość wody zależy od temperatury – podawana często wartość 997 kg/m³ odpowiada wodzie o temperaturze bliskiej 25 °C. W okolicy 4 °C gęstość osiąga maksimum i wynosi niemal dokładnie 1000 kg/m³. W praktyce przyjmuje się więc, że litr wody waży około kilograma.
Temperatura wrzenia 100 °C dotyczy ciśnienia 1013 hPa, czyli typowego ciśnienia na poziomie morza. Im wyżej, tym ciśnienie niższe, a woda wrze w niższej temperaturze.
Dlaczego ciśnienie wpływa na temperaturę wrzenia?
Wrzenie to proces, w którym ciecz przechodzi w stan gazowy w całej swojej objętości. Zachodzi wtedy, gdy ciśnienie pary nasyconej wewnątrz cieczy zrówna się z ciśnieniem otoczenia. Dopóki ciśnienie zewnętrzne jest wyższe od ciśnienia pary nasyconej, pęcherzyki pary nie mogą się utworzyć i ciecz paruje tylko z powierzchni.
Gdy obniżamy ciśnienie zewnętrzne, na przykład w górach lub w komorze próżniowej, wystarczy niższa temperatura, aby ciśnienie pary nasyconej osiągnęło tę wartość. Woda zaczyna wrzeć w niższej temperaturze. Przy ciśnieniu 697 hPa wrzenie następuje już przy 90 °C, a przy około 124 hPa wystarczy zaledwie 50 °C. W bardzo niskim ciśnieniu woda może wrzeć nawet w temperaturze pokojowej.
Eksperymenty z obniżonym ciśnieniem są ciekawe, ale wymagają ostrożności. Nie używaj do nich naczyń szklanych, które mogą pęknąć pod wpływem różnicy ciśnień. Najbezpieczniej przeprowadzać je pod opieką osoby doświadczonej.
Temperatura wrzenia a wysokość nad poziomem morza
Ciśnienie atmosferyczne maleje wraz z wysokością. W efekcie na dużych wysokościach woda wrze w niższej temperaturze, co ma realny wpływ na gotowanie. Poniższa tabela pokazuje orientacyjne wartości dla kilku charakterystycznych wysokości.
| Wysokość nad poziomem morza | Przybliżone ciśnienie | Temperatura wrzenia wody |
|---|---|---|
| 0 m | 1013 hPa | 100 °C |
| 1000 m | ok. 899 hPa | ok. 96–97 °C |
| 2000 m | ok. 795 hPa | ok. 93 °C |
| 3000 m | ok. 701 hPa | ok. 90 °C |
| 5000 m | ok. 540 hPa | ok. 82 °C |
Na wysokości 3000 m woda wrze w 90 °C, więc gotowanie makaronu, ziemniaków czy jajek trwa dłużej. Niższa temperatura nie wystarcza do szybkiego rozgotowania skrobi. Dlatego w wysokich górach często używa się szybkowarów, które podnoszą ciśnienie wewnątrz naczynia i przywracają wyższą temperaturę wrzenia.
Gdzie wykorzystuje się zależność ciśnienia od temperatury wrzenia?
Zależność temperatury wrzenia od ciśnienia znajduje zastosowanie w kuchni i technice. W szybkowarze ciśnienie wewnątrz jest wyższe niż atmosferyczne, dzięki czemu woda wrze w temperaturze powyżej 100 °C – zwykle około 110–120 °C. Gotowanie jest wtedy szybsze i mniej energochłonne. W przemyśle spożywczym i chemicznym wykorzystuje się ten sam efekt podczas sterylizacji, zagęszczania soków czy destylacji próżniowej. W próżni obniża się temperaturę wrzenia, co pozwala odparowywać ciecze bez niszczenia wrażliwych związków. Zjawisko to miało też znaczenie w silnikach parowych – gorąca para pod ciśnieniem wykonywała pracę mechaniczną. Więcej na temat ich budowy znajdziesz w artykule o silniku parowym.