Bei welcher Temperatur friert destilliertes Wasser?

Das Geheimnis des gefrorenen Wassers: Warum destilliertes Wasser anders gefriert

Wasser, der Inbegriff von Leben und ein allgegenwärtiger Bestandteil unserer Umwelt, gefriert bei 0 °C – zumindest im Lehrbuch. In der Praxis verhält sich reines, destilliertes Wasser jedoch oft anders und offenbart ein faszinierendes Phänomen: die Unterkühlung. Dieser Artikel beleuchtet die Besonderheiten des Gefrierverhaltens von destilliertem Wasser und erklärt, warum es deutlich unter 0 °C flüssig bleiben kann.

Der klassische Gefrierpunkt von 0 °C bezieht sich auf Wasser unter normalen Bedingungen, das heißt mit vorhandenen Verunreinigungen wie gelösten Mineralien, Gasen oder mikroskopisch kleinen Partikeln. Diese wirken als sogenannte Kristallisationskeime. An ihnen können sich die Wassermoleküle orientieren und beginnen, ein hexagonales Kristallgitter zu bilden – der Prozess des Gefrierens.

Destilliertes Wasser hingegen ist von diesen Keimen weitestgehend befreit. Fehlen diese Anlagerungspunkte für die Eiskristalle, kann das Wasser in einem metastabilen, unterkühlten Zustand verbleiben. Die Wassermoleküle benötigen einen Impuls, um die Energiebarriere zur Kristallbildung zu überwinden. Dieser Impuls kann durch eine Erschütterung, eine Vibration, das Hinzufügen eines Kristallisationskeimes (z.B. ein Staubkorn) oder eine starke Abkühlung ausgelöst werden.

Die Temperatur, bei der destilliertes Wasser schließlich gefriert, ist daher nicht exakt vorhersehbar. Theoretisch ist eine Unterkühlung bis zu -40 °C oder sogar -70 °C möglich, abhängig von der Reinheit des Wassers und den äußeren Bedingungen. Sobald die Kristallisation jedoch einsetzt, findet ein rasches, explosionsartiges Gefrieren statt, da die freiwerdende Gefrierwärme die Umgebung schnell abkühlt.

Das Verständnis der Unterkühlung ist nicht nur eine akademische Spielerei. Es spielt eine wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen:

• Wettervorhersage: Unterkühltes Wasser in Wolken kann zu unerwarteten Eisregen führen.
• Kryokonservierung: Die kontrollierte Unterkühlung von Zellen und Gewebe ist essentiell für die Kryokonservierung in der Medizin.
• Lebensmittelindustrie: Die Kontrolle des Gefrierprozesses von Lebensmitteln beeinflusst deren Qualität und Haltbarkeit.
• Winterdienst: Der niedrige Gefrierpunkt von Salzlösungen, die durch das Streuen von Streusalz entstehen, basiert auf dem Prinzip der Gefrierpunkterniedrigung und verhindert das Vereisen von Straßen. Das Salz liefert die nötigen Kristallisationskeime und senkt gleichzeitig den Gefrierpunkt des Wassers.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Während der Gefrierpunkt von reinem Wasser bei 0 °C liegt, kann destilliertes Wasser durch Unterkühlung deutlich darunter flüssig bleiben. Dieses Phänomen hängt entscheidend von der Abwesenheit von Kristallisationskeimen ab und ist von großer Bedeutung für diverse wissenschaftliche und technische Anwendungen. Die genaue Gefriertemperatur unterkühlten Wassers ist variabel und hängt von zahlreichen Faktoren ab.