Eine exotherme Reaktion gibt Wärmeenergie ab. Kondensation ist der Vorgang, bei dem Wasserdampf zu flüssigem Wasser wird. Dies tritt typischerweise auf, wenn Wasserdampfmoleküle mit kühleren Molekülen in Kontakt kommen. Dadurch verlieren die Wasserdampfmoleküle etwas Energie als Wärme. Sobald genügend Energie verloren geht, ändert sich der Wasserdampf in einen flüssigen Zustand.
Enthalpie und Phasenänderungen
Die Enthalpie beschreibt die Energieänderung eines Systems. Im Fall von Wasser ist das "System" das Wasser selbst. Bei konstantem Druck bezieht sich Enthalpie auf Wärmeänderungen. Ein exothermer Prozess beinhaltet eine negative Enthalpieänderung oder einen Wärmeverlust. Wenn Wasserdampf zu Flüssigkeit kondensiert, verliert er Energie in Form von Wärme. Daher ist dieser Prozess exotherm.
Wo speichert Wasserdampf seine Energie?
Energie existiert innerhalb einer Verbindung auf verschiedene Weise. Moleküle können unterschiedliche Mengen und Arten von kinetischer Energie haben. Schwingungs- und Rotationskinetische Energie manifestieren sich, wenn sich Moleküle biegen und drehen. Translationale kinetische Energie ist die Kraft, die ein ganzes Molekül bewegt. In Flüssigkeiten und Festkörpern können die Moleküle auch miteinander interagieren, um intermolekulare Bindungen zu bilden. In einem Gas wird angenommen, dass die Kraft dieser intermolekularen Bindungen null ist. Die Energie im Wasserdampf ist kinetische Translationsenergie und hängt von der Temperatur ab. Wenn die Temperatur sinkt, wird die kinetische Energie in Wärme umgewandelt. Schließlich sind die intermolekularen Bindungen stark genug, um den Zustand des Wasserdampfs in eine Flüssigkeit zu ändern.
Wie viel Energie verliert Wasserdampf?
Wenn ein Stoff von einer Flüssigkeit in einen Gas umgewandelt wird, benötigt er Energie in Höhe der Verdampfungsenthalpie. Um diesen Prozess umzukehren, gibt das System so viel Energie ab. Die Verdampfungsenthalpie von Wasser beträgt bei 25 Grad Celsius etwa 44 Kilojoule pro Mol. Das bedeutet, dass jedes Mol Wasser 44 Kilojoule benötigt, um sich bei 25 Grad Celsius in Dampf umzuwandeln. Dies ist auch die Energiemenge, die Wasser abgibt, wenn es bei dieser Temperatur kondensiert.
Nukleation
Wasserdampf benötigt einen physikalischen Ort, damit Kondensation auftritt. Einzelne Wasserdampfmoleküle kondensieren nicht ohne ausreichend große Partikel, an denen sie sich anlagern können. Um eine Kondensationsstelle bereitzustellen, muss die Luft mit Wasserdampf gesättigt sein und größere Partikel enthalten. Diese größeren Partikel können Mineralien oder ausreichend große Tröpfchen sein. Sobald ein Wasserdampfmolekül mit einem größeren Molekül in Kontakt kommt, das als Keimbildungsstelle dient, kann es Wärme abgeben und zu flüssigem Wasser kondensieren.