Kann eingeengtes Wasser gefrieren?
Sagen wir Mal man nimmt einen Behälter, welcher 0% ausdehnbar ist und befüllt diesen zu 100% mit Wasser. Dieser Behälter ist unzerstörbar. Diesen verschließt man anschließend (auch der Deckel kann nicht abgehen) und legt den Behälter samt Wasser in das Gefrierfach. Kann das Wasser nun gefrieren, da wie bekannt Eis mehr Platz einnimmt als Wasser, in dem Falle jedoch gar kein Platz zur Ausdehnung da ist?
4 Antworten
Wenn das Wasser unter 4 °C abkühlt, dehnt es sich aus. Da der Behälter nicht nachgibt, muß der Druck steigen. Aber unter erhöhtem Druck sinkt der Schmelzpunkt des Wassers. Vermutlich bleibt das Wasser unter diesen Bedingungen also auch dann flüssig, wenn es unter 0 °C abkühlt — es bleibt ja immer über der Schmelztemperatur beim aktuell herrschenden Druck.
Nach etwas Nachdenken muß ich mich etwas korrigieren. Denn es ist nicht gesagt, daß die Ausdehnung des Wassers beim Abkühlen zwischen 4 und 0 °C den Druck hinreichend ansteigen läßt. Immerhin könntest Du ja auch lauwarmes Wasser einfüllen, das schrumpft beim Abkühlen auf 4 °C viel mehr, als es sich beim weiteren Abkühlen zwischen 4 und 0 °C ausdehnt.
Also wird wahrscheinlich folgendes passieren: Ein Teil des Wassers gefriert. Die dabei auftretende Volumsausdehnung ist sehr groß (≈10%), also braucht nur ein sehr kleiner Anteil zu gefrieren, daß der Druck so weit ansteigt, daß der Rest nicht mehr gefrieren kann. Man bekommt also eine Mischung von wenig Eis und viel Flüssigkeit.
Bei sehr hohem Druck kann zusätzlich passieren, daß eine kompaktere Form von Eis stabil wird (die dichter ist als flüssiges Wasser beim selben Druck), und in diesem Fall wird natürlich das ganze Volumen gefrieren.
Die Frage finde ich interessant.
Es ist bekannt, dass Wasser unter enormen Druck und Hitze in flüssigem Aggregatzustand bleibt und dabei weit über 100°C heiß werden kann. Diesen Effekt nutzt man in Druckwasserreaktoren aus, um so mehr Wärmeenergie zu gewinnen.
Wenn es jetzt darum geht Wasser einzugefrieren, so muss ich gestehen, ich weiß es nicht. Die Kräfte, die Eis freimachen kann, reichen in physikalischen Versuchen aus, um gußeiserne Hohlkugeln zu sprengen und ich weiß nicht, wie weit das gehen kann.
Ich könnte mir vorstellen, dass das Wasser nicht zur Gänze gefriert, sondern eben soweit, solange für Eiskristalle Raum da ist.
Das Wasser gefriert nicht.
Kannst Du auch sehen, bei Unterwasservulkanen, wo es flüssiges Wasser mit einer Temperatur von 300°C gibt, das wegen des Drucks nicht gasförmig werden kann.
Was passiert dann mit dem Wasser? Es kühlt entsprechend ab, bleibt aber flüssig?
Heute werden anscheinend im Physik-Unterricht keine Versuche mehr vorgeführt. Dieses Experiment zählt zu den klassischen Schul-Experimenten, die im Unterricht vorgeführt wurden. Behälter waren Kugeln aus Grauguß mit einem Verschlußstopfen mit Gewinde. Unzerstörbare Materialien gibt es nicht.