Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser?

Das Mpemba-Phänomen: Wenn heißes Wasser schneller gefriert als kaltes – Mythos oder Realität?

Die Frage, ob heißes Wasser schneller gefriert als kaltes, ist überraschend komplex und hat die wissenschaftliche Gemeinschaft lange beschäftigt. Während die intuitive Antwort „Nein, das ist unmöglich! lauten mag, existiert ein Phänomen, das dieser Intuition widerspricht: das sogenannte Mpemba-Phänomen. Benannt nach dem tansanischen Schüler Erasto Mpemba, der dies in den 1960er Jahren beobachtete, beschreibt es die Beobachtung, dass unter bestimmten Bedingungen heißes Wasser tatsächlich schneller gefrieren kann als kaltes.

Warum die Intuition trügt:

Zunächst ist es wichtig festzuhalten, dass die einfache Aussage „Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes eine Vereinfachung ist. Im Allgemeinen, unter idealisierten Laborbedingungen, gefriert kaltes Wasser schneller. Dies liegt daran, dass Wasser gefrieren muss, bevor es gefriert, und heißes Wasser hat einen längeren Weg bis zum Gefrierpunkt.

Das Mpemba-Phänomen – Mehr als nur ein Mythos:

Das Faszinierende am Mpemba-Phänomen ist jedoch, dass es unter bestimmten Umständen tatsächlich beobachtet werden kann. Die Herausforderung besteht darin, die genauen Bedingungen zu identifizieren, die dies ermöglichen. Die wissenschaftliche Erklärung für das Phänomen ist noch nicht vollständig geklärt und Gegenstand laufender Forschung. Es gibt jedoch verschiedene Hypothesen, die versuchen, die beobachteten Effekte zu erklären:

• Konvektion: Heißes Wasser kann stärkere Konvektionsströme erzeugen als kaltes. Diese Ströme können dazu beitragen, die Wärme schneller an die Umgebung abzugeben.
• Verdunstung: Heißes Wasser verdunstet schneller. Die Verdunstung kühlt das verbleibende Wasser ab und kann den Gefrierprozess beschleunigen.
• Gelöste Gase: Heißes Wasser enthält typischerweise weniger gelöste Gase als kaltes Wasser. Diese gelösten Gase können den Gefrierprozess verlangsamen.
• Überkühlung: Kaltes Wasser kann dazu neigen, sich zu überkühlen, also unter seinen Gefrierpunkt abzukühlen, ohne tatsächlich zu gefrieren. Heißes Wasser hingegen neigt weniger zur Überkühlung.
• Wasserstoffbrücken: Eine neuere Theorie besagt, dass die Struktur der Wasserstoffbrücken im Wasser bei verschiedenen Temperaturen unterschiedlich ist, was zu unterschiedlichen Energieniveaus und somit zu unterschiedlichen Gefrierverhalten führen kann.

Die Schwierigkeit der Reproduktion:

Eines der größten Probleme bei der Erforschung des Mpemba-Phänomens ist die Schwierigkeit, es konsistent zu reproduzieren. Die Bedingungen, die zu dem Phänomen führen, scheinen sehr empfindlich zu sein und können durch kleinste Veränderungen in den Versuchsbedingungen beeinflusst werden. Faktoren wie die Art des Wassers (z. B. Leitungswasser, destilliertes Wasser), die Form des Gefäßes, die Umgebungstemperatur und die Kühlrate können eine Rolle spielen.

Fazit:

Das Mpemba-Phänomen ist ein faszinierendes Beispiel dafür, wie unsere Intuition uns in die Irre führen kann. Obwohl kaltes Wasser im Allgemeinen schneller gefriert als heißes Wasser, gibt es unter bestimmten, schwer fassbaren Bedingungen Ausnahmen. Die genaue Erklärung für dieses Phänomen ist noch immer nicht vollständig verstanden, aber die Forschung dazu treibt unser Verständnis der Thermodynamik und der Eigenschaften von Wasser voran. Es ist ein Beweis dafür, dass die Wissenschaft immer bereit sein muss, etablierte Überzeugungen zu hinterfragen und unerwartete Beobachtungen zu untersuchen. Statt einem einfachen „Mythos handelt es sich also um ein komplexes Phänomen, das noch immer wissenschaftliche Rätsel aufgibt und zur weiteren Forschung anregt.