Wie verhält sich Eis bei weiterem Abkühlen?
Wir alle kennen die Anomalie des Wassers, und wissen, dass Wasser bei 4°C seine größte Dichte hat. Aber stimmt das überhaupt? Was passiert mit Eis, dass immer weiter abgekühlt wird? Seine Dichte kann doch nicht immer weiter ab. bzw. sein Volumen zunehmen. Kehrt sich die Ausdehnung irgendwann um und das Eis benimmt sich dann doch wieder "normal"?
Ich bin auf diese Frage gekommen, weil ein anderer Fragesteller Wasser komprimieren will, und @zalto von Eis VI, Eis VII, Eis X und Eis XI sprach - verschiedene Kristallformen?
5 Antworten
Schau dir hier mal die Grafik an:
https://de.wikipedia.org/wiki/Dichteanomalie
Den Teil direkt beim Erstarren würde ich nicht so "wörtlich nehmen". Ich vermute dass die Ausdehnung bei weiterer Abkühlung "direkt" einsetzt.
Weitere Vermutung: Dichte bleibt auch weiterhin unter der von (flüssigem) Wasser.
Der Ausschnitt behandelt nur den positiven Bereich, von 0 °C bis 10 °C, also nur flüssiges Wasser.
Eis verhält sich ganz "normal", dehnt sich also beim Erwärmen aus. Erst beim Schmelzen kommt die Dichteanomalie ins Spiel, das Volumen sinkt, die Dichte steigt.
Die Eisformen VI usw. sind erst bei hohen Drücken stabil, teils jenseits von Gut und Böse. Dann allerdings auch bei einigen 100 Grad, plus und Celsius. Die haben auch andere Kristallgitter.
Eis dehnt sich bei weiterer Abkühlung wieder aus, kennen wir doch alle von der platzenden Wasserflasche im Gefrierfach ...
Übrigens hat Eis noch eine interessante Eigenschaft - beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand wird mehr Energie frei als das proportional zu erwarten wäre, diesen Effekt nutzt die sog. Eisheizung.
"Eis dehnt sich bei weiterer Abkühlung wieder aus, kennen wir doch alle von der platzenden Wasserflasche im Gefrierfach ..." - Das ist schon klar. Aber wenn ich jetzt weiter abkühle - -50°C, -100°C - das kann sich doch nicht immer weiter ausdehnen. Oder?
Doch - aber am absoluten Nullpunkt (-273,15 Grad Celsius) ist Schluss.
Es zieht sich bei weiterer Abkühlung wieder zusammen. (Dichte nimmt zu) Schau dir die Abbildung in meiner Antwort an.
Was ist denn "proportional zu erwarten"?
Beim Gefrieren wird die Schmelzwärme wieder frei, exakt, nicht proportional oder erwartungsgemäß.
Davon abgesehen "schrumpft" Eis bei weiterer Abkühlung unter 0 °C, also die Dichte nimmt zu, wie von einem anständigen Feststoff zu erwarten.
Manche Modifikationen haben eine Dichte von deutlich über 1 g/cm3. Die bilden sich aber nur bei hohem Druck.
Eis wird nicht mehr dichter bei Abkühlung. Kristall wird kälter, das ist alles. Wie wäre es denn damit die Erkennrnisse aus 4 Jahrhunderten Physik einfach mal zu akzeptieren?
Da sagt die von @Wechselfreund verlinkte Quelle aber etwas anderes.
Ich verstehe Deinen Einwand nicht. Ist das Eis erst einmal fest, verringert sich sein Volumen bei weiterer Abkühlung, so wie das bei jedem anderen festen Stoff auch der Fall ist. Das war meine Vermutung, ich war mir nur nicht klar, ab welcher Temperatur das der Fall ist.
Eis wird also dichter bei weiterer Abkühlung.
Vorher sollte man die Erkenntnisse vielleicht einfach mal lernen.
Man kann sich mal irren, aber wenn man sich so hochmütig gibt, macht dsas einen doppelt schlechten Eindruck.
Unterhalb von ca. 70 K nimmt die Dichte tatsächlich wieder ab. Aber nach dem Temperaturgefilde war wohl nicht gefragt.
Wirklich verstanden habe ich das Phänomen nicht. Bei tiefen Temperaturen passieren ja teilweise seltsame Dinge.
Danke, genau das habe ich gesucht. Wenn ich die Ausschnittgrafik mal in den negativen Bereich abschätze, bedeutet das, dass etwa bis -1.5°C die Dichte abnimmt, bei weiterer Abkühlung nimmt sie dann allmählich wieder zu, wie das von jedem Festkörper zu erwarten wäre. Offenbar bleibt sie aber dennoch immer weit unter 1g/cm³.