Chemische Aktivität temperaturabhängig?

Wissenschaft Chemie
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Hatte mit meinem Schwager neulich folgende Diskussion:
Er setzte beim Kochen einen Druckkochtopf ein, und ich
meinte daß der Druck im Inneren eigentlich ein Nachteil
ist, da das Wasser bei niederem Druck ja schon z.B. auf
einem Berg bei 80 Grad Celsius zu kochen beginnen würde.
Scheinbar geht aber durch den Dampf soviel Wärme
verloren, daß die Zurückhaltung den Nachteil des
größeren Druckes (weit) überwiegt.

Mein Schwager aber hatte da eine andere Ansicht:
Er meinte daß unbedingt eine Temperatur von 100 Grad
Celsius erreicht werden muß, damit die Kartoffeln, oder
die Eier richtig durchgekocht werden. Der Bergsteiger
kann seine Mahlzeit daher gar nicht richtig kochen,
weil er nicht mehr als 80 Grad zusammenbringt und das
Wasser bereits brodelt.

Ich aber bin der Meinung, daß die chemische Aktivität
nicht temperaturabhängig ist. Banal ausgedrückt: Wenns
brodelt, dann reagieren die Eiweiße, egal bei welcher
auch noch so niedrigen Temperatur.

Wer von und beiden hat nun recht?
(Wir könnten auch Reinhold Messner befragen…)

2

Hallo!

Wer von und beiden hat nun recht?
(Wir könnten auch Reinhold Messner befragen…)

Kurz gesagt: Dein Schwager.

Die Siedetemperatur ist von der Verdunstungskälte unabhängig. Wenn viel Wasser verdunstet, weil der Topf geöffnet ist, kocht das Wasser auch bei 100°C, nur wird diese Temperatur nach längerer Zeit erst erreicht.

Der Dampfkochtopf beruht auf einem anderen Effekt. Durch den hohen Druck verschiebt sich die Siedetemperatur des Wassers (z. B. 120°C). Eine solch hohe Temperatur könnte man mit einem herkömmlichen Kochtopf nie erreichen. Dementsprechend garen die Speisen auch schneller. Es gibt eine Faustformel, derzufolge sich die Reaktionsgeschwindigkeit von biochemischen Reaktionen verdoppelt, wenn man die Temperatur um ca. 5°C erhöht. Ich weiß nicht, ob diese Formel auf den Dampfkochtopf anwendbar ist, aber sie vermittelt zumindest einen Eindruck, wie entscheidend die Temperatur ist.

Das Blubbern von siedendem Wasser ist übrigens ein rein physikalischer Effekt und hat keinen Einfluss auf den Garvorgang. (Er zeigt dem Koch nur an, dass das Wasser seine Siedetemperatur erreicht hat).

Michael

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Hallo Fragewurm,

Ich aber bin der Meinung, daß die chemische Aktivität
nicht temperaturabhängig ist. Banal ausgedrückt: Wenns
brodelt, dann reagieren die Eiweiße, egal bei welcher
auch noch so niedrigen Temperatur.

  1. Eier werden auch in der Bratpfanne oder dem Backofen hart, ganz ohne Wasser !

Wenn also das Brodeln der Auslöser wäre, dürften die dabei ja nicht hart werden.

  1. Zwischen 0K (-273°C) und etwa 3’000K gibt es jede Menge Materialien, welche in diesem Bereich ihren Siedepunkt haben.

Wenn du recht hättest, könnte man dann auch Eier im Kühlschrank kochen, wenn man nur die richtige Flüssigkeit verwendet.

Praktisch ist es aber so, dass das Eiweiss bei etwa 60°C gerinnt.

MfG Peter(TOO)

4

Hallo Dietmar, (

5

Noch ein Versuch…
Zunächst Danke für Eure Antworten!

Ist nicht so leicht für mich die Frage auf den Punkt zu
bringen, aber hier noch ein Versuch:

Ich befinde mich in einem Tal auf Seehöhe, nehme einen Topf mit Wasser, gebe ein Ei hinein, und bringe das Wasser zum kochen. Das Wasser hat dann 100 Grad Celsius, das Ei hat im Wasser dann auch diese Temperatur und ich lasse das ganze 10 Minuten kochen, fertig ist ein hartgekochtes Ei.

Nun befinde ich mich hoch oben auf einem Berg, und versuche das Gleiche. Das Wasser kocht allerdings aufgrund des niederen Aussendruckes schon bei 80 Grad Celsius. Ich warte genauso 10 Minuten, und habe dann entweder ein genau gleich hartgekochtes Ei (sprich meine Theorie stimmt), oder das Ei ist nicht ganz durch (mein Schwager hat recht).

Man könnte meinen die chemische Umwandlung von Eiweiß sei eine rein temperaturabhängige Sache, egal bei welchem Druck gearbeitet wird.
Andererseits kann ich Moleküle auf zwei Arten zu verstärkter Aktivität (und somit zur biochemischen Reaktion?) bringen: entweder ich erhöhe die Temperatur, oder ich erniedrige den Druck, der auf das Molekül einwirkt. (Beides geht natürlich auch.)

Es ist klar, wenn ich meine 100 Grad Celsius habe, ist der Druck egal, das Ei wird hartkochen. Habe ich aber weniger Temperatur, dafür aber höhere Schwingungsaktivität aufgrund niedrigeren Druckes, stellt sich die Frage, ob sich damit nicht das gleiche Ergebnis erzielen lässt.

Was stimmt nun, was nicht?

6

Hallo!

Nun befinde ich mich hoch oben auf einem Berg, und versuche
das Gleiche. Das Wasser kocht allerdings aufgrund des niederen
Aussendruckes schon bei 80 Grad Celsius. Ich warte genauso 10
Minuten, und habe dann entweder ein genau gleich hartgekochtes
Ei (sprich meine Theorie stimmt), oder das Ei ist nicht ganz
durch (mein Schwager hat recht).

Dein Schwager hat - wie gesagt - recht.

Es ist klar, wenn ich meine 100 Grad Celsius habe, ist der
Druck egal, das Ei wird hartkochen. Habe ich aber weniger
Temperatur, dafür aber höhere Schwingungsaktivität aufgrund
niedrigeren Druckes, stellt sich die Frage, ob sich damit
nicht das gleiche Ergebnis erzielen lässt.

Dein Denkfehler: Die Heftigkeit der Teilchenbewegung nimmt bei abnehmendem Druck nicht zu. Temperatur ist ein eindeutiges Maß für die Bewegung der Teilchen. Beim einatomigen idealen Gas kann man sogar schreiben:

kin> = 3/2 k T

Der Mittelwert der kinetischen Energie ist (abgesehen von der Umrechnungskonstante 3/2 k) nichts anderes als die Temperatur. Wie Du siehst hat das mit dem Druck überhaupt nichts zu tun.

Der Druck gibt an, wie „stark“ die Teilchen gegen die Wände prasseln. Wenn man die Temperatur nicht ändert, gibt der Druck einfach an, wie viele Teilchen pro Volumeneinheit vorhanden sind (im Gas jedenfalls).

Michael

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Hallo Dietmar,

Ich warte genauso 10
Minuten, und habe dann entweder ein genau gleich hartgekochtes
Ei (sprich meine Theorie stimmt), oder das Ei ist nicht ganz
durch (mein Schwager hat recht).

Dein Schwager hat recht. Dein Ei ist bei 80 °C nicht so hart wie bei 100 °C
Ließ Expeditionsberichte von Himalaiaexpeditionen und dort wirst Du so was sicher lesen.

Gandalf

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Hallo,

Dein Schwager hat Recht.

Du bringst 2 Sachen durcheinander:

(1) das GAREN von Lebensmitteln, welches auf der thermischen Denaturierung von Proteinen beruht und

(2) das SIEDEN von Flüssigkeiten, was sowohl temperatur- also auch druckabhängig ist.

Proteine sind Makromoleküle und haben eine wohldefinierte räumliche Struktur. Die meisten ihrer Eigenschaften (Löslichkeit, Festigkeit, usw.) haben sie aufgrund der räumlichen Struktur. Durch heftige intramolekülare Vibrationen (->Hitze!) kann diese Struktur auseinandergerissen werden, womit sich die physikochemischen Eigenschaften dieser Moleküle ändern; man sagt, die „denaturieren“. Meist sind diese strukturellen Änderungen irreversibel - duch Abkühlen finden die Proteine nicht wieder in ihre alte Form zurück (ein gekochtes Ei bleibt hart, auch wenn’s wieder abgekühlt ist) [ein Bsp. für Makromoleküle, die wieder re-naturieren können, ist die DNA].

Für den Prozess der Denaturierung ist Druck praktisch bedeutungslos. Einzig die thermische (intramolekulare) Bewegung ist ausschlaggebend für diesen Vorgang. Die thermische Bewegung ist nur eine Funktion der Temperatur.

Das Sieden von Flüssigkeiten ist sowohl temperatur- als auch druckabhängig. Im Vakuum verdunstet eine Flüssigkeit praktisch bei jeder Temperatur. Es kann also durchaus sein, dass Wasser bei niedrigem Druck schon bei einer Temperatur siedet, die noch zu gering ist, um die Proteine zu denaturieren.

Nochwas:

Nicht alle Proteine denaturieren bei der gleichen Temperatur. Im Ei ist es zB. so, dass das Eiweiss (Eiklar) bei etwa 63°C denaturiert, während das Eigelb (Dotter) erst bei etwa 68°C denaturiert. So ist es möglich, Eier so zu „kochen“, dass das Eiweiss fest und das Eigelb flüssig ist. Das wirklich perfekte Ei kann man „kochen“, wenn man ein Ei so 20 min auf genau 65°C hält - dann ist das Eiweis sicher fest und das Eigelb sicher noch flüssig. Das dauert nur zu lange, außerdem ist es mit Küchenmitteln schwierig, eine Temp. von 65°C genau zu halten.

Dann gibt es noch hitzeliebende (thermophile) Lebewesen (v.a. Bakterien und Archaea), die in heißen Quellen leben, wo das Wasser mitunter 90-100°C (unter Druck im Meer sogar bis 130°C!) hat. Die können da nur leben, weil ihre Proteine sogar bei diesen hohen Temperaturen noch nicht denaturieren. Bei 60°C - wo wir uns die Haut verbrühen würden - fallen die Biester schon in Kältestarre.

LG
Jochen

9

Der Stand der Dinge…
Euer Wissen nochmal in ein Experiment verpackt:
Wenn man nun vergleicht:

Ein Topf, dessen Innendruck auf konstant Normaldruck gehalten wird, mit nur etwas Eiweiß als Inhalt, das ganze erhitzt auf ca. 63 Grad Celsius: Das Eiweiß wird
nach einer bestimmten Zeit fest.

Ein anderer Topf, dessen Innendruck auf konstant unter
Normaldruck gehalten wird, z. B. auf die Hälfte, mit dem gleichen Inhalt, das ganze auf etwas weniger als 63 Grad Celsius erhitzt: Das Eiweiß wird nach der gleichen bestimmten Zeit nicht fest, da den Eiweißmolekülen der
Druck egal ist, die Temperatur nicht erreicht wird.

Auch Wassermolekülen ist der Druck egal. Bei weniger
Druck füllen sie halt den Raum als Gas aus, sind deshalb
aber chemisch nicht reaktionsfreudiger als im flüssigen
Zustand bei gleicher Temperatur.

Soweit das, was ich nun gelernt haben dürfte.

Danke für´s Antworten!
Dietmar

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owt = ohne weiteren Text :smile:

LG
Jochen

11

Hallo,

du machst dir die Sache mit der Frage nach den Wassermolekülen immer wieder unnötig schwer: in einem Umluftofen mit 63 ± x Grad passiert genau das gleiche. Brodelndes oder nicht brodelndes Wasser ist völlig nebensächlich. Die einzig relevante Frage ist, wird das Eiweiss heiss genug.

Übrigens könntest du die Eier auch in Frostschutzmittel kochen oder in Quecksilber oder in irgendeiner anderen Flüssigkeit geeigneter Temperatur. Und, Last not least, in der Mikrowelle gehts auch ohne entsprechende Umgebungstemperatur.

Gruss Reinhard

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Und, Last not least, in der Mikrowelle
gehts auch ohne entsprechende Umgebungstemperatur.

…in der Mikrowelle ja das im Lebensmittel enthaltene Wasser erhitzt wird und dessen Wärme dann die umliegenden Proteine denaturiert.

:wink:

LG
Jochen

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Hallo Reinhard,

Und, Last not least, in der Mikrowelle
gehts auch ohne entsprechende Umgebungstemperatur.

die Mikrowelle machst Du aber anschließend sauber :wink:

scnr

Gandalf

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Servus,

Ließ Expeditionsberichte von Himalaiaexpeditionen und dort
wirst Du so was sicher lesen.

ganz so hoch braucht man gar nicht gehen, schon in der näheren Umgebung ist der Effekt zu beobachten. Ein Bericht vom Bau der Golmud-Lhasa-Eisenbahn enthielt die Nachricht, dass eines der vielen Probleme, die erst während des Baus erkannt und gelöst wurden, in der Ausstattung sämtlicher fliegenden Kantinen für die Arbeiter mit Dampfdrucktöpfen bestand: Man hatte wohl vorher nicht bedacht, was der Reis da oben bei Umgebungsdruck macht.

Schöne Grüße

MM