Über Gefriertemperatur und Supercool von Wasser

Jeden Winter kann das Phänomen beobachtet werden, dass sich auf der Oberfläche von Pfützen, Seen und Flüssen Eis bildet. Das geschieht, wenn die Außentemperatur unter den Gefrierpunkt von Wasser, der bei 0 °C liegt, sinkt. Süßwasser gefriert nämlich bei 0 °C.

Dass (Süß-)Wasser bei 0°C gefriert, erscheint heutzutage als selbstverständlich. Das ist es jedoch gar nicht. Obwohl laut Definition die Gefriertemperatur von Wasser bei 0°C liegt, kann diese variieren. Druckeffekte zum Beispiel haben einen Einfluss auf die Gefriertemperatur. Ein Eimer Wasser wird auf der Zugspitze bei einer anderen Temperatur gefrieren, als an der Nordseeküste. Auch Verunreinigungen verändern den Gefrierpunkt von Wasser. Der Salzgehalt von Meerwasser führt beispielsweise dazu, dass der Gefrierpunkt auf -1,9 °C sinkt. Der Gefrierpunkt des Wassers im Toten Meer liegt bei nur -21 °C. Das entspricht ungefähr dem Gefrierpunkt einer gesättigten Kochsalzlösung.

Über den Einfluss des Salzgehaltes auf den Gefrierpunkt ist bei Wikipedia ein Artikel hinterlegt: http://de.wikipedia.org/wiki/Salzwasser

Überraschend mag es scheinen, dass Süßwasser bei normalen Druckverhältnissen und mit einer hohen Reinheit im flüssigen Zustand auf Temperaturen unter den Gefrierpunkt gebracht werden kann. Eine Flüssigkeit kann nämlich erst erstarren, wenn sich ein Kristallisationskeim ausbildet. Erst dadurch können die Moleküle des Wassers in einen sogenannten geordneten Gitterzustand übergehen.

In der Thermometrie ist genau dieses Phänomen bei der Erstellung des Wassertripelpunktes von Bedeutung. Bei der hohen Reinheit von Wassertripelpunkten fehlen nämlich Verunreinigungen, die als Kristalisationskeim dienen können. Eine Möglichkeit einen Wassertripelpunkt zu erstellen, ist es, eine Wasserzelle mit unterkühlten Wasser leicht zu schütteln. Durch diesen Initiationsmoment bildet sich ein Kristallisationskeim, der den Wassermolekülen ermöglicht zu frieren.

Hier finden Sie ein YouTube Video, bei dem Sie den Vorgang zur Erstellung eines Wassertripelpunktes beobachten können: http://www.youtube.com/watch?v=wyIIB-2eV28

Interessant ist die Frage, wie tief Wasser nun unter 0°C unterkühlt werden kann, bis es gefriert? Bei Welt Online ist kürzlich ein Artikel erschienen, in dem von Wissenschaftlern berichtet wird, die erreichten, dass flüssiges Wasser auf eine Temperatur von -48,3 °C unterkühlt werden konnte: http://www.welt.de/wissenschaft/article13733825/Warum-Wasser-erst-bei-minus-48-3-Grad-gefriert.html