Warum heißes Wasser für Eiswürfel?

Das Rätsel des Mpemba-Effekts: Gefriert heißes Wasser wirklich schneller?

Jeder kennt die Prozedur: Eiswürfelbehälter mit kaltem Wasser füllen, ab ins Gefrierfach und warten. Doch was, wenn es eine Abkürzung gäbe? Ein Mythos hält sich hartnäckig: Heißes Wasser soll unter Umständen schneller gefrieren als kaltes. Dieses Phänomen, bekannt als der Mpemba-Effekt, fasziniert Wissenschaftler und Hobby-Experimentatoren gleichermaßen. Aber was steckt wirklich dahinter und ist das Ganze mehr als nur ein kurioses Experiment?

Die Behauptung, dass heißes Wasser schneller gefrieren kann, widerspricht intuitiv unserem Verständnis der Thermodynamik. Schließlich muss das heiße Wasser erst eine größere Temperaturdifferenz überwinden, bevor es den Gefrierpunkt erreicht. Trotzdem gibt es Berichte und Beobachtungen, die diesen Effekt belegen.

Der Mpemba-Effekt wurde nach dem tansanischen Schüler Erasto Mpemba benannt, der in den 1960er Jahren bei der Zubereitung von Speiseeis bemerkte, dass die heiße Mischung schneller gefror als die kalte. Seine Lehrer schenkten seiner Beobachtung zunächst keinen Glauben, doch später wurde das Phänomen ernsthaft untersucht.

Die wissenschaftlichen Erklärungsansätze sind komplex und umstritten:

• Konvektionsströme: Heißes Wasser hat größere Konvektionsströme als kaltes. Diese Ströme können Wärme effizienter an die Umgebung abgeben, wodurch das Wasser schneller abkühlt.
• Verdunstung: Heißes Wasser verdunstet schneller als kaltes. Durch die Verdunstung wird Energie entzogen, was den Abkühlungsprozess beschleunigen kann. Allerdings ist die Menge des verdunsteten Wassers oft gering, weshalb dieser Faktor allein den Effekt nicht vollständig erklären kann.
• Gelöste Gase: Heißes Wasser enthält weniger gelöste Gase als kaltes Wasser. Diese Gase können die Bildung von Eiskristallen behindern. Wenn sie fehlen, können sich Eiskristalle leichter bilden, was den Gefrierprozess beschleunigt.
• Überkühlung: Kaltes Wasser kann sich unter Umständen überkühlen, d.h. unter den Gefrierpunkt abkühlen, ohne tatsächlich zu gefrieren. Heißes Wasser neigt weniger zur Überkühlung, was dazu führen kann, dass es früher zu gefrieren beginnt.
• Wasserstoffbrückenbindungen: Eine komplexere Theorie besagt, dass die Struktur der Wasserstoffbrückenbindungen im heißen Wasser verändert wird. Dies könnte dazu führen, dass die Wassermoleküle leichter in eine kristalline Eisstruktur übergehen.

Die Krux an der Sache:

Es ist wichtig zu betonen, dass der Mpemba-Effekt nicht immer auftritt. Die Ergebnisse von Experimenten sind oft inkonsistent und hängen stark von den spezifischen Bedingungen ab. Faktoren wie die Art des Wassers (z.B. Leitungswasser, destilliertes Wasser), die Form und das Material des Behälters, die Temperatur des Gefrierfachs und die Luftfeuchtigkeit können den Effekt beeinflussen.

Tatsächlich gibt es Studien, die zeigen, dass unter kontrollierten Bedingungen kaltes Wasser in der Regel schneller gefriert. Der Mpemba-Effekt scheint also eher ein Sonderfall zu sein, der nur unter bestimmten Voraussetzungen auftritt.

Fazit:

Der Mpemba-Effekt ist ein faszinierendes wissenschaftliches Rätsel, das noch nicht vollständig gelöst ist. Obwohl es Berichte gibt, die belegen, dass heißes Wasser schneller gefrieren kann, ist dies kein universelles Phänomen. Zahlreiche Faktoren spielen eine Rolle und die Ergebnisse sind oft widersprüchlich. Bevor Sie also das nächste Mal Ihre Eiswürfelbehälter füllen, sollten Sie im Hinterkopf behalten, dass der Mpemba-Effekt eher eine interessante Ausnahme als die Regel ist. Stattdessen empfiehlt es sich, auf kaltes Wasser zu setzen, um zuverlässig Eiswürfel zu erhalten. Das spart Energie und ist in den meisten Fällen die schnellere und sicherere Methode. Die Suche nach der Erklärung des Mpemba-Effekts geht jedoch weiter und wird vielleicht eines Tages das Rätsel vollständig lüften.