Ein Fall für AkteX: Physikalisches Phänomen in meinem Kühlschrank!!!

[Fozzi]

Ich hatte ein Erlebnis (danach mehfach wiederholt!), dass ich mir nur in Ansätzen erklären kann. Allerdings bin ich mir eben nicht sicher, was die genaue Erklärung angeht. Vielleicht könnt ihr mir weiterhelfen.

Versuchsaufbau: Ich lege eine Flasche Mineralwasser in einer PET-Flasche über Nacht (ca. 12 Std.) in ein Kühlschrankeisfach.

Sensormessungen: Ich nehme die Flasche am nächsten morgen aus dem Eisfach. Der Aggregatzustand ist 100% flüssig (!!), die Flasche scheint unter Druck zu stehen!

Versuchsdurchführung: Ich öffne die Flasche. Das Wasser fängt sofort an zu frieren. Das Wasser wechselt zu ca. 95% innerhalb von ca. 5 sec den Aggregatzustand von flüssig auf fest (Packungsinhalt: 0,7 Liter).

Erklärungsansätze: Ich habe mehrere Erklärungsansätze, die alle irgendwie logisch sind. Aber so richtig sicher bin ich mir nicht. Ich möchte euch mit Stichworten nicht vorbelasten.

Also: Bitte erklärt mir dieses Phänomen!!! Warum friert das Wasser erst, wenn ich die Flasche öffne????????


PS Versucht es mal (natürlich nicht mit Glas!!!). Sieht sehr geil aus

[Stoney]

Wasser hat seine maximale Dichte bei einer Temperatur von 4°C. Wird es kälter, dehnt es sich aus. Im gefrorenen Zustand nimmt das Wasser also ein größeres Volumen ein. Kann es das nicht, weil es in einer PET-Flasche "gefangen" ist, behält es den Aggregatszustand bei, der beim gegebenen Volumen eben möglich ist. Es kühlt aber trotzdem unter 0°C ab. Öffnet man die Flasche, steht plötzlich mehr Volumen zur Verfügung und Wasser gefriert sofort.

Das ist meine Erklärung, sie ist allerdings ohne Gewähr.

[Fozzi]

Original von Stoney:

Wasser hat seine maximale Dichte bei einer Temperatur von 4°C. Wird es kälter, dehnt es sich aus. Im gefrorenen Zustand nimmt das Wasser also ein größeres Volumen ein. Kann es das nicht, weil es in einer PET-Flasche "gefangen" ist, behält es den Aggregatszustand bei, der beim gegebenen Volumen eben möglich ist.

Könnte sein, glaube ich aber nicht. Das Volumen nimmt durch das öffnen der Flasche ja nicht zu!! (es sei denn, das Eis läuft aus der Flasche. Tut es aber nicht!!!) Nach dem frieren (=5sec nach dem Öffnen) ist das Volumen übrigens fast genauso groß wie vorher!!!

Es kühlt aber trotzdem unter 0°C ab. Öffnet man die Flasche, steht plötzlich mehr Volumen zur Verfügung...

Das stimmt wie oben geschrieben zwar theoretisch, wenn die Flaschenöffnung genutzt würde. Wird sie aber nicht ... :confused:

[difu]

wie kalt ist es in deinem gefrierfach?

[Stoney]

Na zumindest ein bisschen wird es sich aber ausdehnen, da bin ich sicher, deswegen muss es ja nicht gleich aus der Flasche kommen. Da ist ja noch Luft.

[Fozzi]

Original von difu:

wie kalt ist es in deinem gefrierfach?

keine Ahnung, war noch nie drin

moment, ich schau mal

[yeti]

Hi fozzi,

das Phaenomen laesst sich recht einfach erklaeren, und zwar hat Wasser in form von Eis die interessante Eigenschaft unter erhoehtem Druck fluessig zu werden (wird auch als "Anomalie des Wasser" bezeichnet, denn normalerweise solte ja umgekehrtes auftreten: durhc Erhoehung des drucks sollte ein Stoff fest werden, physikalisch laesst sich dieses Phaenomen am Phasendiagramm des Wassers erklaeren), bekanntes Beispiel: Schlittschuhlaufen, durch den Druck der Schienen wird das Eis fluessig, es entsteht ein Wasserfilm und man kann erst dadurch auf dem Eis gleiten.
Was bei dir passiert ist folgendes: durch Oeffnen der Flasche wird der Druck in der Flasche, welcher verhindert hatte das die Flussigkeit gefriert (s.o.), verringert und deswegen gefriert die Flussigkeit sofort. is also sogesehn genau der umgekehrte Vorgang wie beim Schlittschuhlaufen. Uebrigens ist gleicher Effekt auch dafuer verantwortlich das Wasser in Seen in grosser Tiefe nich gefriert, sondern nur and der Oberflaeche, sonst wuerden ja auch alle Fische einfrieren...

So, jetzt hab ich aber genug kluggesch...

Gruesse,
Yeti

[Stoney]

Genau yeti, und das liegt eben daran, dass Wasser seine maximale Dichte bei 4°C hat, während andere Stoffe in der Regel in festem Zustand eine höhere Dichte haben als in flüssigem Zustand.

[Fozzi]

Original von difu:

wie kalt ist es in deinem gefrierfach?

Ist nicht zu erkennen. Ich vermute, die Temperatur ist nicht sehr niedrig. Es handelt sich um einen normalen Kühlschrank mit einem offenen, nicht verschließbarem Kühlfach. Das Kühlfach hängt quasi mitten im oberen Fach des Kühlschrankes!

[Fozzi]

Original von yeti:

Hi fozzi,

das Phaenomen laesst sich recht einfach erklaeren, und zwar hat Wasser in form von Eis die interessante Eigenschaft unter erhoehtem Druck fluessig zu werden ....

Meine Erklärung ist auch, das der Druck für das nicht gefrieren verantwortlich ist. Aber: Was erzeugt diesen (hohen) Druck? Wenn man davon ausgeht, das Wasser bei Raumtemparatur eine geringere Dichte hat, müßte das Wasser mit 0° C doch einen Unterdruck erzeugen (zieht sich im Vergleich zur Raumtemparatur ja zusammen), oder?

... wird auch als "Anomalie des Wasser" bezeichnet, denn normalerweise solte ja umgekehrtes auftreten: durhc Erhoehung des drucks sollte ein Stoff fest werden, physikalisch laesst sich dieses Phaenomen am Phasendiagramm des Wassers erklaeren...
... Uebrigens ist gleicher Effekt auch dafuer verantwortlich das Wasser in Seen in grosser Tiefe nich gefriert, sondern nur and der Oberflaeche, sonst wuerden ja auch alle Fische einfrieren...

Wie Du und Stoney richtig schreiben ist die Anomalie des Wassers (=größte Dichte des Wassers bei 4 C) für das gefrieren der Seen von oben nach unter verantwortlich.

Erklärung aus einem Buch:
Beim Abkühlen verhält sich Wasser anomal. Normalerweise nimmt beim Abkühlen bei allen bekannten Flüssigkeiten deren Volumen ab. Das beobachten wir zunächst auch beim flüssigen Wasser, um bei 4 °C eine Überraschung zu erleben: Bei weiterem Abkühlen nimmt das Volumen wieder zu, die Dichte also ab. Denn das Volumen von flüssigem Wasser hat also bei 4 °C ein Minimum und nimmt danach wieder zu. Man spricht von der Dichte-Anomalie des Wassers. Der Grund ist, daß sich bei dieser Temperatur die Wassermoleküle zu sperrigen Strukturen zu ordnen beginnen, die in die voluminösere Struktur von Eis münden.
Die Temperatur von Wasser bestimmt also dessen Dichte. Das gilt aber auch umgekehrt: Unter hohem Druck (ab etwa 1,2 m Wassertiefe) bleibt die Temperatur des Wassers bei 4 °C stehen. Sie kann nicht steigen oder niedriger werden, denn das würde immer eine Volumenzunahme zur Folge haben müssen.

Daher: Die Anomalie des Wassers spielt nach meinem dafürhalten zwar hier eine Rolle, aber woher kommt die Druckerhöhung?