Warum wird eine gesättigte Salzwasserlösung schneller heiß als reines Wasser?

Experimente:
Versuch: Erhitzen von Salzwasser und Reinwasser im Vergleich


Selbst manche Hausfrauen wissen das: Eine gesättigte Salzwasserlösung wird schneller warm als normales Leitungswasser aus dem Wasserhahn. Das muss erklärt werden.

Vorneweg erst einmal: Die zugeführte Wärme bewirkt, dass sich die Moleküle des Wassers schneller bewegen müssen. Das wird vom Thermometer als erhöhte Temperatur registriert. Mit steigender Temperatur lösen sich die Moleküle voneinander und entweichen schließlich einzeln als Wasserdampf in den Luftraum.


Nun muss man sich klar machen, was Reinwasser und Salzlösung voneinander unterscheidet
In reinem Wasser hängen die Wassermoleküle als Dipole über Wasserstoffbrückenbindungen stark vernetzt zusammen. Das kennt man von den Experimenten zur Oberflächenspannung. Um die Wassermoleküle voneinander zu trennen, damit sie sich frei bewegen können, benötigt man sehr viel Wärme. Oder anders gesagt: Man muss bei konstanter Wärmezufuhr länger erhitzen.

Bild 1: Ionendipolwechselwirkung in Salzlösungen


In gesättigter Salzlösung wird der Zusammenhalt der Wassermoleküle durch das Salz gestört. Denn sie sind mit ihren Bindungsstellen nicht mehr untereinander über Wasserstoffbrücken verbunden, sondern als Dipole an die elektrisch geladenen Ionen des gelösten Salzes gebunden, und zwar sechs Moleküle in oktaedrischer Anordnung ganz eng an jedes Ion. Deshalb sind die Wassermoleküle schon voneinander getrennt.

Wenn man die Lösung nun erhitzt, bewegt sich jedes Ion mitsamt seiner Wasserhülle als Einheit, also wie ein Teilchen. Diese Ion-Wasserkomplexe hängen zwar anfänglich auch noch etwas zusammen, aber nicht so stark wie die Wassermoleküle in reinem Wasser oder die Ionen im Kristall. Sie lösen sich deshalb auch leichter voneinander, weshalb man weniger Wärme zuführen muss, damit sie sich rascher bewegen können - oder anders gesagt, um die Temperatur zu steigern.

Damit wird bei gleicher Wärmezufuhr die gesättigte Salzlösung heißer als reines Wasser ohne Salz. Oder anders herum: Reines Wasser muss man länger erhitzen, um die Wassermoleküle zu trennen.

Dass die Salzteilchen Wasser gebunden halten, erkennt man daran, dass man einen deutlich höheren Siedepunkt hat als bei reinem Wasser. Denn nun müssen die Wasserteilchen von den Ionen gelöst werden, denn die Ionen verdampfen nicht; sie bleiben bekanntlich zurück und bilden beim Verkochen des Wassers Kristalle. Deshalb muss man bis zum Siedepunkt mehr Wärme zuführen als zu Reinwasser. Eine gesättigte Salzlösung siedet ca. 5 °C höher als Reinwasser.

Letztlich hat man beim Salzwasser die Wärme, die man vorher gespart hat, um von 20 auf 100 °C zu erwärmen, zum Verdampfen des Wasseranteils wieder aufzuwenden!


Das Stichwort lautet „Wärmekapazität“
Man sagt wissenschaftlich, dass Wasser eine höhere Wärmekapazität hat als Salzwasser. Die (spezifische) Wärmekapazität ist diejenige Wärmemenge, die man zu einem Gramm Materie hinzufügen muss, um dessen Temperatur um 1 °C zu steigern. Sie beträgt bei Wasser von 14 °C definitionsgemäß 1 cal oder 4,19 Joule.

Salopp ausgedrückt heißt das, dass reines Wasser die zugeführte Wärme besser wegsteckt als Salzwasser. Es erwärmt sich deswegen langsamer.


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Letzte Überarbeitung: 26. November 2008, Dagmar Wiechoczek