Waarom blijft kokend water 100 °C?

Het mysterie van de 100°C: Waarom kookt water niet heter?

We kennen het allemaal: water kookt bij 100°C (op zeeniveau). Maar waarom stopt de temperatuurverhoging precies daar? Waarom wordt het water niet heter, zelfs al blijven we energie toevoegen? Het antwoord ligt in de fascinerende wereld van faseovergangen en de specifieke warmtecapaciteit van water.

Het idee dat kokend water niet warmer dan 100°C kan worden, is een misvatting die op een dieper niveau begrepen moet worden. Het is niet zo dat de temperatuur niet kan stijgen, maar dat de toegevoegde energie een andere bestemming vindt. Bij 100°C bevindt water zich op het punt waar de vloeibare en gasvormige fase met elkaar in evenwicht zijn. Op dit kookpunt is de dampdruk van het water gelijk aan de atmosferische druk.

De extra energie die we aan het kokende water toevoegen, wordt niet gebruikt om de temperatuur van het water zelf te verhogen. In plaats daarvan wordt deze energie gebruikt om de faseovergang van vloeibaar water naar waterdamp te bewerkstelligen. Dit proces, verdamping, vereist een aanzienlijke hoeveelheid energie, de zogenaamde verdampingswarmte. Deze energie wordt opgenomen door de watermoleculen, waardoor ze voldoende kinetische energie krijgen om de vloeibare toestand te ontsnappen en in de gasfase over te gaan.

Stel je voor dat je watermoleculen als kleine, aan elkaar gebonden balletjes ziet. Om ze van elkaar te scheiden en in de gasvormige fase te brengen, moet je ze voldoende energie geven om de onderlinge aantrekkingskrachten te overwinnen. Deze energie wordt geleverd door de toegevoegde warmte. Totdat alle watermoleculen genoeg energie hebben om te verdampen, blijft de temperatuur constant op 100°C. Zodra al het water verdampt is, kan de toegevoegde energie de temperatuur van de resulterende waterdamp wél weer verhogen.

Het is dus niet zo dat de temperatuur niet kan stijgen, maar dat de toegevoegde energie een andere taak heeft: het veranderen van de aggregatietoestand. Dit fenomeen is niet uniek voor water; alle stoffen hebben een specifieke verdampingswarmte en smelten bij een specifieke temperatuur, waarbij soortgelijke processen plaatsvinden. De constante temperatuur van 100°C tijdens het koken is dus een direct gevolg van de energie die nodig is voor de faseovergang van vloeibaar naar gasvormig, en niet een beperking van de temperatuur zelf.