Kann destilliertes Wasser einfrieren?

Destilliertes Wasser und die Magie des Gefrierpunkts: Mehr als nur H₂O

Destilliertes Wasser, in seiner reinsten Form, präsentiert sich als ein faszinierendes Beispiel für die Eigenheiten der Physik. Im Gegensatz zur landläufigen Annahme, dass Wasser bei 0°C gefriert, verhält sich destilliertes Wasser etwas anders – und diese Abweichung offenbart die subtile Rolle von Unreinheiten im Gefrierprozess.

Die Aussage „Wasser gefriert bei 0°C“ ist eine Vereinfachung. Sie gilt für Wasser unter normalen Bedingungen, das heißt, Wasser mit gelösten Mineralien, Gasen und anderen Partikeln. Diese Verunreinigungen wirken als sogenannte Kristallisationskeime. Sie bieten den Wassermolekülen eine Ankerfläche, an der sich die regelmäßige Kristallstruktur des Eises bilden kann. An diesen Keimen beginnt die Kristallisation, und das Wasser gefriert.

Destilliertes Wasser hingegen ist weitgehend frei von solchen Keimen. Die fehlenden Verunreinigungen behindern die Bildung der Eisstruktur. Das bedeutet, dass destilliertes Wasser unter die 0°C-Marke abkühlen kann, ohne zu gefrieren – ein Phänomen, das als Unterkühlung bezeichnet wird. Das Wasser bleibt in einem metastabilen Zustand, einem Zustand scheinbarer Gleichgewicht, der jedoch instabil ist.

Der Prozess der Unterkühlung kann bis zu mehreren Grad unter 0°C andauern. Erst wenn ein Kristallisationskeim, beispielsweise ein Staubpartikel, ein winziges Eisstückchen oder eine Vibration, in das unterkühlte Wasser gelangt, wird die Eisbildung ausgelöst. Die Freisetzung der latenten Wärme beim Gefrieren führt dann zu einem schnellen und oft überraschenden Gefrieren des gesamten Wasservolumens.

Diese Eigenschaft des destillierten Wassers macht es zu einem interessanten Studienobjekt für die physikalische Chemie. Die Untersuchung des Unterkühlungsverhaltens liefert wertvolle Erkenntnisse über die molekulare Struktur von Wasser und die Kinetik des Gefrierprozesses. Praktische Anwendungen findet das Verständnis der Unterkühlung beispielsweise in der Kryokonservierung, wo die kontrollierte Gefriergeschwindigkeit von großer Bedeutung ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Destilliertes Wasser kann gefrieren, tut dies aber unter normalen Bedingungen erst bei oder unter 0°C, nachdem ein Kristallisationskeim die Eisbildung ausgelöst hat. Die Fähigkeit zur Unterkühlung hebt die besondere Reinheit des destillierten Wassers und seine Abhängigkeit von äußeren Einflüssen auf den Gefrierpunkt hervor. Es ist ein faszinierendes Beispiel dafür, wie scheinbar einfache Substanzen komplexes Verhalten zeigen können.