Vad är bubblorna i kokande vatten?

Bubbles form när du koka vatten. Har du någonsin undrat vad som finns i dem? Formas bubblor i andra kokande vätskor? Här är en titt på bubblornas kemiska sammansättning, huruvida kokande vattenbubblor skiljer sig från de som bildas i andra vätskor, och hur man kokar vatten utan att bilda några bubblor alls.

Snabbfakta: kokande vattenbubblor

När du börjar koka vatten först är bubblorna du ser i princip luftbubblor. Tekniskt sett är det bubblor som bildas av de upplösta gaserna som kommer ut ur lösningen, så om vattnet är i en annan atmosfär skulle bubblorna bestå av dessa gaser. Under normala förhållanden är de första bubblorna mest kväve med syre och lite argon och koldioxid.

När du fortsätter att värma vattnet får molekylerna tillräckligt med energi för att övergå från vätskefasen till den gasformiga fasen. Dessa bubblor är vattenånga. När du ser vatten i en "rullande koka" är bubblorna helt vattenånga. Vattenångbubblor börjar bildas på kärnbildningsställen, som ofta är små luftbubblor, så när vatten börjar koka består bubblorna av en blandning av luft och vattenånga.

Både luftbubblor och vattenångbubblor expanderar när de stiger eftersom det är mindre tryck som trycker på dem. Du kan se denna effekt tydligare om du blåser bubblor under vattnet i en pool. Bubblorna är mycket större när de når ytan. Vattenångbubblorna börjar bli större när temperaturen blir högre eftersom mer vätska omvandlas till gas. Det verkar nästan som om bubblorna kommer från värmekällan.

Medan luftbubblor stiger och expanderar, krymper ibland ångbubblor och försvinner när vattnet ändras från gasstillståndet till flytande form. De två platserna där du kan se bubblor krympa är längst ner i en panna precis innan vattnet kokar och på toppytan. På den övre ytan kan en bubbla antingen bryta och släppa ångan i luften, eller om temperaturen är tillräckligt låg kan bubblan krympa. Temperaturen vid kokande vattenytan kan vara svalare än den lägre vätskan på grund av energin som absorberas av vattenmolekyler när de byter fas.

Om du låter det kokta vattnet svalna och omedelbart reboil det, du kommer inte att se upplösta luftbubblor bildas eftersom vattnet inte har haft tid att lösa gas. Detta kan utgöra en säkerhetsrisk eftersom luftbubblorna stör vattenytan tillräckligt för att förhindra att det explosioner kokar (överhettning). Du kan observera detta med mikrovågsvatten. Om du kokar vattnet tillräckligt länge för att gaserna ska slippa ut, låt vattnet svalna och sedan omkokas omedelbart, vattnets ytspänning kan förhindra att vätskan kokar trots att temperaturen är hög tillräckligt. Då kan stöta containern leda till plötslig, våldsam kokning!

En vanlig missuppfattning som människor har är att tro att bubblor är gjorda av väte och syre. När vatten kokar ändrar det fas, men de kemiska bindningarna mellan väte- och syreatomerna bryts inte. Det enda syre i vissa bubblor kommer från upplöst luft. Det finns ingen vätgas.

Om du kokar andra vätskor förutom vatten uppstår samma effekt. De initiala bubblorna kommer att bestå av eventuella upplösta gaser. När temperaturen närmar sig vätskans kokpunkt kommer bubblorna att vara ämnets ångfas.

Medan du kan koka vatten utan luftbubblor helt enkelt genom att koka om det kan du inte nå kokpunkten utan att få ångbubblor. Detta gäller för andra vätskor, inklusive smälta metaller. Forskare har upptäckt en metod för att förhindra bubbelbildning. Metoden är baserad på Leidenfrost effekt, som kan ses genom att strö droppar vatten på en varm panna. Om ytan på vattnet är belagd med ett mycket hydrofobt (vattenavvisande) material bildas en ångdyna som förhindrar bubbling eller explosiv kokning. Tekniken har inte mycket tillämpning i köket, men den kan tillämpas på andra material, vilket kan minska ytdragningen eller kontrollera metalluppvärmnings- och kylprocesser.