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Kategorie: > Wissenschaft > Physik / Chemie
Wasser in der Kälte
Gast (Timo B)
(Gast - Daten unbestätigt)

  17.01.2010

Hallo zusammen ich hab da mal eine Frage.
und zwar: was für eine chemische raktion kommt zu stande wenn ich eine geschlossene flasche selter die mit der Temp. nahe am gefrier punkt ist schüttel und sie aufeinmal zufriert ???
ich weiß das es etwas mit der kohlensäure(Co2)zutun hat aber mehr leider auch nicht kann das jemand genauer erklären.??
hab diesen vorgang jetzt schon zweimal beobachtet beim einem mal hatte ich ein 6er träger im auto vergessen und hab in morgens rausgehollt und auf einmal hatte ich eis in den flaschen und kaputte durch den hohen druck dazu. beim zweitenmal explodierte auf dem balkon eine glasflasche. beides war reine selter mit normlem co2 gehalt

danke für antworten

gruß aus kiel



Anzahl der unterhalb stehenden Antworten: 14
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  06.02.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 05.02.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Wilfried,

genau so habe ich das auch gesehen.

Wollte nur nicht, dass jetzt irgendjemand die falschen Schlüsse draus zieht, und hab's deshalb nochmal kommentiert.

Viele Grüße
Heiner

P.S.: Bevor's so richtig übel-matschig wurde, ist der Matsch inzwischen wieder gefroren. Wie gut, dass da draußen immer genügend Kristallisationskeime herumliegen. ;-)
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  05.02.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 05.02.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner,

ich wollte Dich auch in keinster Weise korrigieren, hielt diese Zusammenhänge nur für eine interessante Ergänzung zum Thema.

Beste Grüße
Wilfried
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  05.02.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Wilfried vom 05.02.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Wilfried,

sicher können auch elektrostatische Kräfte beim Frieren/Unterkühlen eine Rolle spielen. Das ist sogar ziemlich sicher, nur welche genau und wieviel, vermag ich unwissendes Menschlein nicht zu sagen. Die unter dem Link beschriebenen Effekte können aber m.E. durchaus einen großen Einfluss ausüben.

Das Phänomen Unterkühlung zweifle ich auch in keiner Weise an. Was ich behaupte, ist lediglich, dass auf -10 oder auch auf -20C abgekühltes unterkühltes Wasser nicht schlagartig vollständig zu einem massiven Eisklotz gefrieren kann, da es sich durch die beim Gefrieren freiwerdende Wärmeenergie schon lange vorher selbst auf 0C (bzw. bei Lösungen auf deren Gefrierpunkt) erwärmt hat. Von da ab kann es nur noch, aufgrund weiterer Wärmeabgabe an die Umgebung, langsam weitergefrieren, sofern die Umgebungstemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt.

Denkbare Ausnahme: Im Wasser befänden sich sehr viele feste oder flüssige Partikel bzw. wasserunlösliche Tröpfchen mit sehr hoher Wärmekapazität, die beim Gefrieren des Wassers die freiwerdende Schmelzwärme aufnehmen könnten. Dies müssten aber in der Praxis so viele Partikel sein, dass man eher einen dicken Schlamm denn Wasser vor sich hätte. Feststoffe mit genügend hoher Dichte und Wärmekapazität werden sich auch schwerlich finden lassen. In Selters hätten die auch nichts zu suchen. Obwohl ... wem's mundet ...

Viele Grüße aus dem Matsche-Harz (west)
Heiner
Wilfried
wilfried.rosendahlrsdsolar.de
(gute Seele des Forums)

  05.02.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 22.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Heiner,

gerade lese ich etwas ganz neues zum Thema, nämlich, dass elektrische Ladungen auch eine Rolle spielen können. Zumindest bei Kunststoffflaschen wäre dieser Effekt doch auch denkbar.

http://www.wissenschaft-online.de/artikel/1020848

Beste Grüße
Wilfried
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  22.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Ernster Regulator vom 22.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo E.R.,

"Den Inneren Zustand der in der Flasche befindlichen wässrigen Lösung habe ich nicht untersucht."
Aha.

"Der Versuch ist aber reproduzierbar ..."
Das würde ich mich nicht getrauen zu behaupten, wenn ich den "inneren Zustand" des Flascheninhalts nicht untersucht hätte.

"Ob da wirklich energie frei werden würde, wage ich mal zu bezweifeln."
Da kannst Du lange zweifeln, es wird.
Falls nicht, würde ich an Deiner Stelle dieses Forum links liegen lassen, auch niemandem sonst von der Geschichte erzählen, und mittels eines Perpetuum Mobile die Energieprobleme der Welt lösen (für viiiel Cash, versteht sich).

"Der Witz daran ist in der Tat, dass NUR durch den Gasdruck über der Lösung das einfrieren überhaupt verhindert wird."
Der Druck, der für nur wenige Grad Gefrierpunkterniedrigung erforderlich wäre, hätte in diesem Falle die Flasche schon vor dem Einfrieren gesprengt.

"Wasser in einer offenen Flasche oder Wasser ohne Kohlensäure friert ein und sprengt die Flase."
Richtig. So kennen wir das alle.

"Nur die große Menge CO2 verhindert das, und die muss erst raus."
Wenn nur das CO2 das Einfrieren verhinderte und erst raus müsste, würde der Flascheninhalt gar nicht einfrieren, da das CO2 ja nicht rauskann (s. Eröffnungsthread: geschüttelt, nicht gerü... äh - geöffnet).

Ich sehe schon, ich muss da mal ein paar Experimente zum Thema machen. Hoffentlich finde ich auch die Zeit dazu.

Grüßle
Heiner
Gast (Ernster Regulator)
(Gast - Daten unbestätigt)

  22.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 19.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo, Heiner:

Ich sag mal so: Den Inneren Zustand der in der Flasche befindlichen wässrigen Lösung habe ich nicht untersucht. Der Versuch ist aber reproduzierbar nd funktioniert eigentlich immer. Ob da wirklich energie frei werden würde, wage ich mal zu bezweifeln. Der Witz daran ist in der Tat, dass NUR durch den Gasdruck über der Lösung das einfrieren überhaupt verhindert wird. Wasser in einer offenen Flasche oder Wasser ohne Kohlensäure friert ein und sprengt die Flase. Nur die große Menge CO2 verhindert das, und die muss erst raus.

E. Regulator
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  20.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Timo B. vom 19.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Timo,

"... kann man da selter mit wenig kohlensäure vergleichen ?"
Ob Wasser oder Selter mit viel oder wenig Kohlensäure, spielt praktisch keine Rolle. Alle 3 haben annähernd die gleiche Kristallisationswärme (auch als Schmelzwärme bezeichnet) und die gleiche Wärmekapazität.

"was sind Kristallisationskeime ???"
Ohne hier näher auf die physikalischen Gründe einzugehen: Für sehr kleine Eiskristalle (<< 1 ym) gilt: Je kleiner sie sind, umso niedriger ist ihr Schmelzpunkt. Das bedeutet, weil ja jeder Kristall mal ganz klein anfangen muss, dass man Wasser (gilt für andere Flüssigkeiten auch) grundsätzlich erstmal weit unter den Gefrierpunkt abkühlen muss, bis sich erste nanoteilchengroße Eiskristalle bilden, die dann rasch wachsen, wobei die Temperatur rasch auf 0C, den Schmelzpunkt für größere Kristalle, ansteigt.
Für Kristalle, die an irgendwelchen Oberflächenunebenheiten zu wachsen beginnen, gilt das nicht, ihr Schmelzpunkt liegt sehr dicht unter 0C. Da normalerweise immer irgendwelche nicht ganz glatten Oberflächen, oder Dreck- und Staubpartikel, zugegen sind ("Kristallisationskeime"), fängt aber normalerweise Wasser beim Abkühlen stets schon bei ca. 0C an zu gefrieren. Unterkühltes Wasser entsteht nur unter besonders sauberen Bedingungen, wie in speziellen Laborapparaturen. Ein Wenig Schütteln oder ein Staubkörnchen, das hineinfällt, kann da schon den Kristallisationsprozess einleiten.

Grüße, Heiner
Gast (Timo B.)
(Gast - Daten unbestätigt)

  19.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Timo B. vom 19.01.2010!  Zum Bezugstext

"der ganze Flascheninhalt gleich fest geworden ist, dann waren vorher schon 7/8 des Wassers auskristallisiert."

kann man da selter mit wenig kohlensäure vergleichen ?

Gast (Timo B.)
(Gast - Daten unbestätigt)

  19.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 19.01.2010!  Zum Bezugstext

nochmal eine frage was sind Kristallisationskeime ???
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  19.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Ernster Reglator vom 19.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo E.R.,

"... Bleibt man aber bei so -5 bis -10 C, geschieht beim Öffnen Folgendes: Das Kohlendioxid entweicht, an den Gasblasen entstehen Kristallisationskeime und die Flüssigkeit gefriert schlagartig, ..."

Eben das kann sie nicht, und wenn noch so viele Kristallisationskeime darin sind. Denn dazu müsste ebenso schlagartig die beim Gefrieren freiwerdende Schmelzwärme aus der Flasche hinausgelangen, ein Ding der Unmöglichkeit. Bei -10C gefriert also "schlagartig" nur ca. 1/8 des Wassers (oder der Cola), bei -5C sogar nur ca. 1/16. Da bei Cola wegen diverser gelöster Stoffe der Gefrierpunkt unter 0C liegt, wären es hier sogar < 1/16.

Falls also einmal bei -10C nach dem Schütteln - zack! - der ganze Flascheninhalt gleich fest geworden ist, dann waren vorher schon 7/8 des Wassers auskristallisiert.

Grüße, Heiner
Gast (Timo B.)
(Gast - Daten unbestätigt)

  19.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Lothar Gutjahr vom 18.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Nochmal vielen dank für die antworten
ich konnte euch einigermaßen folgen =)
finde ich super das es immer noch leute und foren gibt die gerne helfen. und solche in " einfachen fragen sehr gut erklären. vielen dank nochmal und ein riesiges lob von mir an euch.
Gast (Ernster Reglator)
(Gast - Daten unbestätigt)

  19.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Heiner Grimm vom 18.01.2010!  Zum Bezugstext

Die Sache mit der einfrierenden Sprudelwasserflasche ist dann doch etwas anders:

Das Wasser enthält im Fall des Mineralwassers gelöstes Kohlendioxid. Dieses muss vor dem Einfrieren wieder aus der Lösung raus, kann dies aber nicht, weil die Flasche geschlossen ist und der Druck über dem Wasserspiegel das ausgasen begrenzt.

Wenn man so eine Flasche auf einige Minusgrade abkühlt, bleibt der Inhalt daher erst einmal flüssig. Wenn es zu kalt wird, gefriert der Inhalt irgendwann doch und die Flasche platzt.

Bleibt man aber bei so -5 bis -10 C, geschieht beim Öffnen Folgendes:

Das Kohlendioxid entweicht, an den Gasblasen entstehen Kristallisationskeime und die Flüssigkeit gefriert schlagartig, in der Regel von oben nach unten. Besonders schön sieht das mit Cola aus ;-)

E. Regulator
Heiner Grimm
(gute Seele des Forums)

  18.01.2010
Dieser Text bezieht sich auf den Beitrag von Lothar Gutjahr vom 18.01.2010!  Zum Bezugstext

Hallo Lothar, hallo Timo,

das Ganze ist wohl nicht ganz so einfach. Es stimmt zwar, dass Wasser unter den Gefrierpunkt abkühlen kann, und dann bei Störungen (Schütteln etc.) schlagartig Eis auskristallisieren kann. Nur ist dieses Auskristallisieren mit einer Wärmefreisetzung verbunden, die Temperatur steigt, und wenn sie bei 0C angekommen ist, hört die Eisbildung auf. Wenn das gesamte Wasser schwuppdiwupp auf einen Streich gefrieren soll, müsste man es (ohne dass es gefriert) auf ca. -80C abkühlen. -40C flüssig zu erreichen ist aber schon ein Kunststück für Kenner. Bei z.B. -10C gefriert auf einen Schlag nur etwa 1/8 der Wassermenge.
Warum eine Seltersflasche bei Alledem trotzdem platzen kann, kann ich mir nur so erklären: Im Selters ist ein beachtliches Volumen CO2 gelöst, das beim Auskristallisieren nicht in die Eisstruktur eingebaut werden kann, und damit sehr schnell freigesetzt wird. Da die CO2-Freisetzung wahrscheinlich weit schneller geschieht als die Wiederauflösung im restlichen Wasser vonstatten gehen kann, entsteht ein sehr großer Druck (vom CO2, nicht vom Eis), der die Flasche sprengt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass in der Seltersflasche gar keine Unterkühlung stattfindet, sondern das Wasser ganz normal gefriert, wobei der Druck steigt (CO2 aus dem gefrierenden Wasser muss sich im restlichen (flüssigen) Wasser wieder lösen). Wenn nun jemand diese Flasche, die kurz vorm Bersten ist, anstößt, passiert's dann halt, vermutlich vor Allem deswegen, weil der Stoß die übersättigte CO2-Lösung zum Schäumen bringt (eine rasche Druckerhöhung ist die Folge). Im letztgenannten Fall wäre es auch plausibel, wenn beim Platzen zumindest der größte Teil des Wassers bereits gefroren wäre.

Beste Grüße aus dem zwar nicht zer-, dafür aber umso ver-matschten Harz.
(Jaja, die ollen Griechen wussten schon, warum sie in der Antike nicht loszogen, Germanien zu erobern. ;-))
Lothar Gutjahr
erfinderleint-online.de
(gute Seele des Forums)

  18.01.2010

Hallo Timo,

das ist der normale Gefriervorgang von Wasser und hat nichts mit chemischen Reaktionen zu tun.

Man spricht von unterkühltem Wasser, welches dann wenn sogenannte Kristallisationskeime hinzukommen schlagartig gefriert. Da Eis ein größeres Volumen einnimmt platzen Glasflaschen, wenn es komplett durchfriert.
Je sauberer das Wasser ist, um so leichter tritt dieser Effekt auf. Ein im Winter ab und zu auftauchender Eisregen ist nichts anderes.

Gruß Lothar



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