Warum gefriert warmes schneller als kaltes?

Das Mpemba-Paradoxon: Warum warmes Wasser manchmal schneller gefriert

Die Beobachtung, dass warmes Wasser unter bestimmten Bedingungen schneller gefriert als kaltes, ist als Mpemba-Paradoxon bekannt. Benannt nach dem tansanischen Schüler Erasto Mpemba, der dieses Phänomen in den 1960er Jahren wieder ins Bewusstsein der Wissenschaft brachte, fasziniert und verwirrt es Forscher bis heute. Obwohl es keine endgültige, allumfassende Erklärung gibt, spielen mehrere Faktoren eine Rolle:

Verdunstung: Ein wichtiger Faktor ist die Verdunstung. Heißes Wasser verdunstet schneller als kaltes, wodurch die zu gefrierende Wassermenge reduziert wird. Ein geringeres Volumen benötigt weniger Zeit, um die Gefriertemperatur zu erreichen. Dieser Effekt ist besonders relevant bei offenen Behältern.

Gelöste Gase: Kaltes Wasser kann mehr gelöste Gase, insbesondere Kohlendioxid, speichern als warmes. Diese Gase können den Gefrierpunkt des Wassers geringfügig herabsetzen und somit den Gefrierprozess verzögern. Beim Erwärmen entweicht ein Teil dieser Gase.

Konvektion: Temperaturunterschiede im Wasser führen zu Konvektionsströmungen. In heißem Wasser sind diese Strömungen stärker ausgeprägt, was zu einer schnelleren Wärmeabgabe an die Umgebung führen kann. Die Effizienz der Konvektion hängt jedoch stark von der Form und dem Material des Behälters ab.

Unterkühlung: Unterkühlung beschreibt den Zustand, in dem Wasser unter seinen Gefrierpunkt abgekühlt wird, ohne zu gefrieren. Dies tritt häufiger bei heißem Wasser auf, da weniger Kristallisationskeime vorhanden sind, die den Gefrierprozess auslösen. Wenn die unterkühlte Flüssigkeit dann gefriert, geschieht dies schlagartig und kann den Eindruck erwecken, dass das heiße Wasser schneller gefroren ist.

Umgebungsbedingungen: Die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Beschaffenheit der Gefrierfläche beeinflussen den Gefrierprozess ebenfalls. Das Mpemba-Paradoxon tritt nicht unter allen Bedingungen auf und ist stark von den jeweiligen Umständen abhängig.

Fazit: Das Mpemba-Paradoxon ist ein komplexes Phänomen, das durch das Zusammenspiel verschiedener Faktoren beeinflusst wird. Verdunstung, gelöste Gase, Konvektion und Unterkühlung spielen eine wichtige Rolle. Ob warmes Wasser tatsächlich schneller gefriert als kaltes, hängt von den spezifischen Bedingungen ab und ist nicht immer der Fall. Die Forschung zu diesem Thema ist noch nicht abgeschlossen und es gibt weiterhin offene Fragen.