Op internet zijn dozijnen filmpjes te vinden over water dat aan de kook wordt gebracht in een vacuümvat.
Het water in die filmjes spat woest borrelend het hele vat nat. "Kijk! Het kookt bij 20 graden!"
Zie bijvoorbeeld: hier, hier, hier en hier. Maar klopt dat commentaar wel?
Natuurlijk, water kookt als de druk van de omhullende atmosfeer lager ligt dan de dampdruk van het water. Maar als je even doordenkt, dan komen er toch wel vragen:
- Waarom komen die bellen voornamelijk van de bodem? Daar is toch helemaal geen oorzaak voor? Want bij iedere cm diepte komt er een millibar druk bij. Dat water zou juist aan het oppervlak moeten koken.
- Waarom komt bijna niemand op het idee én de temperatuur én de druk tegelijkertijd te meten om te zien of het wel klopt wat ze beweren?
- Hoeveel zuurstof bevat kraanwater eigenlijk, en hoe groot zouden die bellen kunnen zijn bij uitgassen onder zeg eens 10 millibar?
Als je dit wat beter onderzoekt en zelf wat test, dan blijken ze het bijna allemaal fout te hebben. Dan blijkt dat dat "koken" in werkelijkheid ontgassen is. Als ik het heel ruwweg even bereken, dan zou vers kraanwater per liter ook ongeveer een liter zuurstofgas bij 10 millibar kunnen bevatten. Dat zijn behoorlijke bellen, en die komen van overal uit het water.
Maar ná het ontgassen, wordt het vrij stil in het vat. En als je dan het experimentje met dat "dode" water herhaalt blijft het stil:
Rond 45" loopt de druk door het ontgassen weer wat op tot ruim 37 millibar. Dan is het 'koken' al behoorlijk heftig, maar bij de gegeven watertemperatuur van 22,3 graden is de dampdruk volgens Arden-Buck zo'n 27 millibar. Dit kan nooit koken zijn. Later, rond 58" is de druk in het vat zo'n 18 millibar en de temperatuur van het water is 22 graden en begint nu sneller te dalen. Dat zou dus wel degelijk koken kunnen zijn, maar het borrelen komt vanaf de bodem en houdt al vrij snel hierna op. Wel zien we nog steeds de temperatuur van het water dalen. Het kookt kennelijk wel, maar daarvoor zijn dus geen bellen nodig.
Hier hetzelfde proefje, maar nu met het water van de vorige proef, dus vrijwel geheel ontgast. Alleen aan de vermindering van het waterniveau in het buisje en de almaar verder teruglopende watertemperatuur, is te zien dat het water kookt. Door het verlies van de meer energieke moleculen (die vinden door hun snelheid het eerst het gaatje naar de vacuümpomp) is aan het einde de temperatuur van het water gedaald tot 15 graden, maar als ik nog een kwartier laat pompen, kom ik onder de 10 graden uit:
Helaas is mijn vacuümpompje nogal zwak (70 watt schottenpompje dat maximaal 15 liter lucht per minuut verplaatst bij 1 bar). Ik denk namelijk dat bij een zwaardere vacuümpomp wel 'echte' kookbellen zichtbaar kunnen worden, maar die zullen dan vooral bij het oppervlak zitten. Dit pompje trekt bij 5 millibar zó weinig weg, dat het water wel kookt, maar heel rustig en zonder bellen te trekken. Van vacuüm zuigen tot onder het vriespunt is met zo'n licht pompje geen sprake, tenzij ik het in een heel klein goed geïsoleerd vat probeer (ga ik toch eens zien te doen).
Ook blijft er voor mij nog wel wat te piekeren over:
Ik zou denken dat in zo'n bijna vacuüm in een vat met water de druk in het vat overeenkomt met de dampdruk van water bij de gegeven temperatuur. Maar dat blijkt niet het geval na 24 uur het vat met het waterbuisje met rust gelaten te hebben:
Het water is weer opgewarmd tot 22,3 graden, maar de druk in het vat blijft een bescheiden 5,3 millibar.
Bij 5,3 mbar zou ik een water(damp)temperatuur van -2 C verwachten en bij 22,3 graden een druk van 27 mbar (zie grafiek). Hoe zit dat?