Warum gefriert Wasser in Flaschen nach'm Schuetteln?
Tanja Rahn #4770
das ist hier mehr eine allgemeine Frage, muss also nicht mit Formeln
belegt werden....
Nur wunderte mich mal wieder, als ich meine Selters gerade aus dem
Kuehlschrank nahm und sie aufschraubte, dass sich wieder mal Eis
gebildet hat. Ein altes Phaenomen was ich schon in der Kindheit
bewundert habe, aber auch heute eigentlich noch keine wisenschaftliche
Begruendung weiss.
Also, wenn einer mal so nett sein koennte...
Tanja
Sascha Grammes
Tanja Rahn #4770 wrote:
>
> Hallo,
> das ist hier mehr eine allgemeine Frage, muss also nicht mit Formeln
> belegt werden....
Kann ich eh nicht... ;-)
> Nur wunderte mich mal wieder, als ich meine Selters gerade aus dem
> Kuehlschrank nahm und sie aufschraubte, dass sich wieder mal Eis
> gebildet hat. Ein altes Phaenomen was ich schon in der Kindheit
> bewundert habe, aber auch heute eigentlich noch keine wisenschaftliche
> Begruendung weiss.
Öhm... ist das deine ganze Frage? Du fragst, warum Wasser gefriert, wenn
man es in den Kühlschrank stellt? Im Subject steht irgendwas von
Schütteln... was hat es denn damit genau auf sich?
Das (H2O ohne Zusätze) Wasser bei einer Temperatur von 0°C gefriert
willst du wahrscheinlich nicht hören, oder? *g*
CU
Grambo
Chloros
Was Du wahrscheinlich meinst ist die Unterkühlung von Wasser.
Kann man Experimentell ganz leicht selber probieren wenn man eine
Thermoskanne ein Reagenzglas und etwas Geschick besitzt.
Dazu kommt in eine Thermoskanne Kochsalz und Eis (Kältemischung), die
läßt man längere Zeit stehen bis sich so etwa 3/4 des Gemischs in
Flüssigkeit verwandelt hat (evt mit Thermometer nachprüfen Temp ~ -12
Grad ist ganz okay). Dann Reagenzglas etwa 2 cm mit puren Wasser füllen
und am Bindfaden in der Thermoskanne abkühlen.
Ich gebe zu dass man da etwas Geschick für braucht den richtigen
Zeitpunkt zu finden um das Glas herauszunehmen (der ist etwa wenn das
wasser innen -3 bis -6 Grad hat vielleicht nach 10 minuten). Aber
funktioniert wenn man behutsam mit dem Glas umgeht und nicht zuviel
schüttelt und nicht gleich aufgibt wenns ned tut.
Wirft man daraufhin einen Eiskristall in das Glas oder schüttel es etwas
dann gefriert ein Großteil des unterkühlten Wassers schlagartig ..
Der Grund liegt darin dass Wasser sich (sofern rein ;) unter gewissen
Bedingungen (homogene Temperaturverteilung generell keine Störungen um
ein Kristallgitter zu bilden etc) auf unter Null Grad abkühlen läßt ohne
in die feste Form überzugehen . Wirft man in so eine Flüssigkeit einen
"Impfkristall" oder schüttelt es dann gefriert ein Teil des Wassers
schlagartig und das Gemisch erwärmt sich auf Null grad .. Geht auch mit
Natriumpersulfat und anderen Salzen ..
Gruß Chloros
Steffen Michaelis de Vasconcellos
Chloros wrote:
>
> Was Du wahrscheinlich meinst ist die Unterkühlung von Wasser.
[...]
> Wirft man daraufhin einen Eiskristall in das Glas oder schüttel es etwas
> dann gefriert ein Großteil des unterkühlten Wassers schlagartig ..
>
> Der Grund liegt darin dass Wasser sich (sofern rein ;) unter gewissen
> Bedingungen (homogene Temperaturverteilung generell keine Störungen um
> ein Kristallgitter zu bilden etc) auf unter Null Grad abkühlen läßt ohne
> in die feste Form überzugehen . Wirft man in so eine Flüssigkeit einen
> "Impfkristall" oder schüttelt es dann gefriert ein Teil des Wassers
> schlagartig und das Gemisch erwärmt sich auf Null grad .. Geht auch mit
> Natriumpersulfat und anderen Salzen ..
>
Liegt es hier nicht eher daran, dass das Wasser in der Falsche unter Druck
steht (durch die Kohlensäuer) und dadurch einen niedrigeren Gefrierpunkt
hat.
Beim Öffnen entweicht der Druck, das Wasser hat aber immer noch einen
Temperatur <0° und gefriert.
Gruß Steffen
Andreas Haimberger
Tanja Rahn #4770 <Tanja...@alcatel.de> schrieb in im Newsbeitrag:
391FE923...@alcatel.de...
> Hallo,
> das ist hier mehr eine allgemeine Frage, muss also nicht mit Formeln
> belegt werden....
>
> Kuehlschrank nahm und sie aufschraubte, dass sich wieder mal Eis
> gebildet hat. Ein altes Phaenomen was ich schon in der Kindheit
> bewundert habe, aber auch heute eigentlich noch keine wisenschaftliche
> Begruendung weiss.
Hi Tanja!
Ich nehme an, du meinst das Phänomen, daß kohlensäurehaltiges Wasser mit ca.
0°C gerade in dem Moment gefriert, wo man den Verschluß aufschraubt. Ist mir
selber auch schon passiert, daß ich im Winter (z.B. Sylvesterfeier) die
trinkbaren Vorräte auf dem Balkon gelagert habe, das Mineralwasser beim
Hereinholen noch flüssig war, aber Sekunden nach dem Aufschrauben zu einem
Eisblock gefroren ist.
Meiner Meinung nach liegt das daran, daß Wasser beim Gefrieren sein Volumen
vergrößert. Das heißt aber auch, daß ich durch Druck (in dem Fall durch die
Kohlensäure) den Gefrierpunkt von Wasser erniedrigen kann. Unter hohem Druck
ist Wasser noch deutlich unter 0°C flüssig. Wenn das Selters also z.B. ein
halbes Grad unter Null hat, bleibt's flüssig, solange die Flasche zu und
unter Druck ist. Wenn ich den Druck jetzt aber durch das Aufschrauben
verringere, friert das Wasser schlagartig ein.
MFG
Andy
Chloros
größer als Atmosphärendruck und ich glaube mich zu entsinnen das der
Gefrierpunkt ziemlich flach mit dem Druck singt.
Kann man übrigens auch selber leicht experimentell ausprobieren das mit
dem Löslichkeitsdruck ..
Das Eis bildet sich beim öffnen weil auf kleinem Raum plötzlich viele
kleine Bläschen durch spontan freiwerdendes CO2 bilden und diese als
Kristallisationskeim wirken.
Du kannst die Flasche durch "klopfen" auch zum gefrieren bringen...
Gruß Chloros
Markus Gonaus
>Nein. Der Druck in einer Sprudelflasche bei etwa Null Grad ist kaum
>größer als Atmosphärendruck und ich glaube mich zu entsinnen das der
>Gefrierpunkt ziemlich flach mit dem Druck singt.
>Kann man übrigens auch selber leicht experimentell ausprobieren das mit
>dem Löslichkeitsdruck ..
>
Da geht es nicht um den Druck, sondern um die Mol gelöstes Gas.
Stichwort kolligative Eigenschaften. Kryoskopischer Effekt. Aus dem
Gedächtnis heraus liegt die kryoskopische Konstante von Wasser bei
sowas von 4 Grad pro Mol.
Das kann also durchaus freihändig beobachtbare Effekte geben.
Markus
Uwe Bosse
>
> Der Grund liegt darin dass Wasser sich (sofern rein ;) unter gewissen
> Bedingungen (homogene Temperaturverteilung generell keine Störungen um
> ein Kristallgitter zu bilden etc) auf unter Null Grad abkühlen läßt ohne
> in die feste Form überzugehen . Wirft man in so eine Flüssigkeit einen
> "Impfkristall" oder schüttelt es dann gefriert ein Teil des Wassers
> schlagartig und das Gemisch erwärmt sich auf Null grad .. Geht auch mit
> Natriumpersulfat und anderen Salzen ..
Sprudel dürfte wohl kaum rein sein. Ich denke auch, dass es nicht
unterkühltes Wasser ist, sondern, dass der Druck eine entscheidende
Rolle spielt. Bin mir aber nicht sicher.
--
"Der Kluge lernt aus allem und jedem, der Normale aus seinen
Erfahrungen und der Dumme weiß schon alles besser." (Sokrates)
Chloros
> Stichwort kolligative Eigenschaften.
Nur kannst Du durch eine rein kolligative Eigenschaft IMHO nicht
erklären warum das Wasser spontan durchfriert nach Impfen.
Sicher erniedrigst Du den Schmelzpunkt nur ist der halt eben niedriger
aber besitzt deswegen keine zusätzliche Hystereseeigenschaft oder?
In etwa wie bei dem Eutektika aus Natruim und Kalium.
Dann ist noch die Frage wie die Dissoziation von freien CO2 zu H2CO3 und
umgekehrt aussieht etc. Bei Null Grad lösen sich bei einem Bar in einem
Liter Wasser 3.5 Gramm CO2 in einem Sauren Sprudel sind etwa 6 g /liter
enthalten. Bei freier Kohlensäure (jetzt musste man Chemiker sein;)
würde ich ebenfalls wieder einen klaren SmP erwarten. Durch das öffnen
der Flasche entweicht nicht soooviel CO2 das sich da nennenswerte
Konzentrationsverschiebungen ergeben und damit plötzlich der SmP steigt
(IMHO).
>kryoskopische Konstante von Wasser
sagt mir leider nichts ..
Gruß Chloros
Chloros
andocken kann ist Sprudel sogar sehr sehr sehr rein.
> Ich denke auch, dass es nicht unterkühltes Wasser ist
Gut dadrüber kann man ja jetzt ja Diskutieren ;)
> sondern, dass der Druck eine entscheidende
> Rolle spielt. Bin mir aber nicht sicher
Das es ned grad umgekehrt auf den Smp wirkt ist klar ;)
Also gut ich mache folgenden Vorschlag:
Ich habe hier in meinen Büchern leider nur einen Punkt angegeben, der
liegt bei Null Grad und 3.5 g/liter (CO2 in Wasser) bei 1 Bar
(=Atmsophärendruck) - wirklich saurer Sprudel hat etwa 6g/liter (steht
zumindest hier auf meiner Sprudelflasche) - vielleicht hat ja jemand nen
Wert für den zugehörigen Druck - dann soll er ihn bitte jetzt posten ;)
Und dann kann man ja in der Literatur mal nachschauen wo der
Schmelzpunkt bei diesem Druck liegt. Und dann kannst Du ja sehr leicht
abschätzen welche Wärmemenge potentiell in einem Liter "so unterkühlter"
Flüssigkeit steckt und wieviel Eis man damit basteln kann (so von wegen
einen ganzen Eisklumpen und so ..)
Aber schon aus dem Gefühl würde ich sagen das das verdammt wenig werden
wird.
Gruß Chloros
Mirco Wahab
Chloros wrote:
> Und dann kann man ja in der Literatur mal
> nachschauen wo der
> Schmelzpunkt bei diesem Druck liegt.
Yepp, Du hast es fast rausgekriegt ;-)
Es gibt IMHO hier 2 Effekte, die man nicht
durcheinanderbringen darf.
1) unterkuehltes Wasser als metastabile Fluessigkeit,
http://www.geog.ubc.ca/crpoints/papers/abstract_jgr.html
welches schlagartig durch Kondensationskeime gefriert,
dazu muss Wasser aber sehr rein sein.
2) Druckabhaengigkeit des Gefrierpunktes,
http://www.enchantedlearning.com/pgifs/Phaseswater.GIF
man kann den Phasenuebergang fluessig/fest durch Druck-
aenderung erreichen.
Fuer die urspruengliche Frage muesste man demnach
Antwort 2) als Erklaerung annehmen.
Viele Gruesse
Mirco
Jürgen Appel
>1) unterkuehltes Wasser als metastabile Fluessigkeit,
> http://www.geog.ubc.ca/crpoints/papers/abstract_jgr.html
> welches schlagartig durch Kondensationskeime gefriert,
> dazu muss Wasser aber sehr rein sein.
Ich habe in der Experimentalphysik-Vorlesung hier in Göttingen auch normales
Leitungswasser gesehen, das unterkühlt wurde. Ein Reagenzglas flüssigen Wassers
wurde immer wieder unter Schütteln und Schwenken kurz in ein Dewar-Gefäß mit
flüssigem Stickstoff getaucht, während der Fühler eines Thermoelementes drin
hing. Erst bei -6°C setzte schlagartig die Kristallisation ein und die
Temperatur stieg sprunghaft auf 0°C.
Das Wasser muß also weder außergewöhnlich rein sein, noch darf man nicht
schütteln.
>2) Druckabhaengigkeit des Gefrierpunktes,
> http://www.enchantedlearning.com/pgifs/Phaseswater.GIF
> man kann den Phasenuebergang fluessig/fest durch Druck-
> aenderung erreichen.
>
>Fuer die urspruengliche Frage muesste man demnach
>Antwort 2) als Erklaerung annehmen.
Wohl kaum.
Bei fallendem Druck wird zwar die Eisbildung angeregt. Ist das Wasser
aber in der Tat nicht unterkühlt, würde die durch das Auskristallisieren
freiwerdende Energie die Wassertemperatur über den Schmelzpunkt heben: Nicht
die komplette Flasche würde ausfrieren, schon gar nicht schlagartig.
Andreas Haimberger
Jürgen Appel <jap...@linux01.gwdg.de> schrieb im Newsbeitrag:
00051618461800.13547@legolas...
> >Fuer die urspruengliche Frage muesste man demnach
> >Antwort 2) als Erklaerung annehmen.
> Wohl kaum.
>
> Bei fallendem Druck wird zwar die Eisbildung angeregt. Ist das Wasser
> aber in der Tat nicht unterkühlt, würde die durch das Auskristallisieren
> freiwerdende Energie die Wassertemperatur über den Schmelzpunkt heben:
Nicht
> die komplette Flasche würde ausfrieren, schon gar nicht schlagartig.
Vielleicht hat ja jeder zum Teil recht:
Kombination aus Unterkühlung und Druckerniedrigung, wobei die plötzliche
Druckerniedrigung als Auslöser der Kristallisation wirkt.
MFG
Andy
Chloros
Blick ins Phasendiagramm werfen wieviel das nun wirklich ausmacht -
gibts jawohl ned ;)) ...
Das was Jürgen sagte (moin übrigens ;-) stimmt. Leitungswasser kann man
locker bis etwa -9 Grad abkühlen. Das mit dem Schütteln kann ich aber
ned ganz so bestätigen. Bei mir frierts durch Schütteln schon ab -4 Grad
;) ...
Probierts ruhig mal aus wers ned glaubt .. es klappt wirklich wenn mans
homogen im Kochsalz Eis gemisch abkühlt ...
Viele Grüße Chloros ...
Mirco Wahab
>> durcheinanderbringen darf.
>> 1) unterkuehltes Wasser als metastabile Fluessigkeit,
>
> So jedenfalls das auch in vielen Büchern verbreitete Gerücht.
> Ich habe in der Experimentalphysik-Vorlesung hier in Göttingen
> auch normales Leitungswasser gesehen, das unterkühlt wurde.
Das macht die Sache nicht einfacher ;-) Wie ist die
Zusammensetzung von Goettinger Leitungswasser.
Eine 1-molale (mol/kg Wasser) NaCl-Loesung gefriert ungefaehr
bei -4° (genau bei -3.62°, noch genauer bei -3.37°).
> Ein Reagenzglas flüssigen Wassers
> wurde immer wieder unter Schütteln und Schwenken kurz
> in ein Dewar-Gefäß mit flüssigem Stickstoff getaucht,
> während der Fühler eines Thermoelementes drin
> hing. Erst bei -6°C setzte schlagartig die
> Kristallisation ein und die Temperatur stieg
> sprunghaft auf 0°C.
Das ist interessant! Was ist 'die Temperatur' in dieser
experimentellen Situation? Was ist 'sprunghaft'? War der
Messfuehler am Glas oder in der freien Fluessigkeit?
> Das Wasser muß also weder außergewöhnlich rein sein,
OK, was meinst Du, rein von Ionen oder von makroskopischen
Verunreinigungen? Wieviel Gas war im Wasser geloest?
>> 2) Druckabhaengigkeit des Gefrierpunktes,
>> man kann den Phasenuebergang fluessig/fest durch Druck-
>> aenderung erreichen.
>>
> Bei fallendem Druck wird zwar die Eisbildung angeregt.
> Ist das Wasser aber in der Tat nicht unterkühlt,
> würde die durch das Auskristallisieren freiwerdende
> Energie die Wassertemperatur über den Schmelzpunkt heben:
Ein Trugschluss, wie ich meine, da der Gefrierpunkt bei
hoeherem Druck niedriger liegt, kann das Wasser _auf jeden Fall_
bezueglich des Punktes niedrigeren Drucks 'unterkuehlt' sein.
Durch die Aenderung des Druckes ueberschreitet man im
Phasendiagramm bei gleicher (niedriger) Temperatur die
Phasengrenze fluessig->fest.
> Nicht die komplette Flasche würde ausfrieren,
> schon gar nicht schlagartig.
Und was ist ein 'Phasenuebergang' sonst?
Viele Gruesse
Mirco
PS.: eine sehr interessante Diskussion :-)) bin begeistert.
Chloros
> Zusammensetzung von Goettinger Leitungswasser.
>
> Eine 1-molale (mol/kg Wasser) NaCl-Loesung gefriert ungefaehr
> bei -4° (genau bei -3.62°, noch genauer bei -3.37°).
Hmmm jetzt muss ich dochmal ganz ganz arg weit zurück in die Wunderkiste
meiner Schulzeit kramen ..
Na: 23g/mol
Cl:35g/mol
-> Elementareinheit NaCL ~ 58g/mol
Hmm 60 gramm Kochsalz in einem Liter Wasser ist aber ein bissl sehr viel
und dann noch ausgerechnet Kochsalz - die armen Göttinger ;))
Selbst der Calciumhydrogencarbonatgehalt wird bei ein paar Gramm / Liter
liegen - also einigen wir uns auf eine Zehnerpotenz weniger ....
Wir wollns ja mal nicht übertreiben ja ;)))
Gruß Chloros
Ulrich Wolf
>>1) unterkuehltes Wasser als metastabile Fluessigkeit,
>> http://www.geog.ubc.ca/crpoints/papers/abstract_jgr.html
>> welches schlagartig durch Kondensationskeime gefriert,
>> dazu muss Wasser aber sehr rein sein.
> So jedenfalls das auch in vielen Büchern verbreitete Gerücht.
> Ich habe in der Experimentalphysik-Vorlesung hier in Göttingen auch normales
> Leitungswasser gesehen, das unterkühlt wurde. Ein Reagenzglas flüssigen Wassers
Ich vermute mal, dass das Reinheitskriterium sich mehr auf ungeloeste Stoffe
bezieht, also z.B. staubfrei. Ionen sollten wohl kaum Anlass zur Bildung von
Kondensationskeimen liefern (sonst waeren uebersaettigte Loesungen ja auch
schlecht machbar). Staub dagegen kann IMHO durchaus eine
Kristallisations-Verzoegerung verhindern, sowohl was Schmelzen, als auch was
Loesungen angeht. Mein Favorit fuer die schlagartige Kristallisation sind
deswegen nach wie vor die sich beim oeffnen der Flaschen bildenden
Gasblaeschen (nicht zwangslaeufig CO2, auch Luftblaeschen duerften
genuegen), da die auf alle Faelle fuer Kristallisationskeime sorgen.
Inwieweit dann noch
>>2) Druckabhaengigkeit des Gefrierpunktes,
>> http://www.enchantedlearning.com/pgifs/Phaseswater.GIF
>> man kann den Phasenuebergang fluessig/fest durch Druck-
>> aenderung erreichen.
mitspielt, muesste man sich wohl mal quantitativ anhand des Phasendiagramms
anschaun.
Ciao
U3
--
Ulrich Wolf |
Inst. f. Physikalische Chemie|
Hans-Meerwein-Str. |
D-35032 Marburg |
Jürgen Appel
>> Ich habe in der Experimentalphysik-Vorlesung hier in Göttingen
>> auch normales Leitungswasser gesehen, das unterkühlt wurde.
>
>Zusammensetzung von Goettinger Leitungswasser.
>
>Eine 1-molale (mol/kg Wasser) NaCl-Loesung gefriert ungefaehr
>bei -4° (genau bei -3.62°, noch genauer bei -3.37°).
von Leitungs- nicht Salzwasser ;-)
>> hing. Erst bei -6°C setzte schlagartig die
>> Kristallisation ein und die Temperatur stieg
>> sprunghaft auf 0°C.
>Das ist interessant! Was ist 'die Temperatur' in dieser
>experimentellen Situation? Was ist 'sprunghaft'? War der
>Messfuehler am Glas oder in der freien Fluessigkeit?
Der Meßfühler war ein Thermoelement, dessen eines Ende in der Flüssigkeit
steckte (afair) und dessen anderes in einem Dewar-Gefäß mit Eiswasser lag.
Zur Definition von Schnell: Angeschlossen war ein Digitalanzeige-Instrument,
dessen Aktualisierungsrate gegen die Zeit des Ausfrierens lang war (schnell < 2
Sekunden).
Da ich nicht annehme, daß die schmelzenden Eiswürfel im Referenzgefäß aus
einem anderen Material bestanden als das Testwasser, ist das Argument der
Gefrierpunktserniedrigung durch gelöste Salze (vor allem bei dem
Temperaturunterschied) für mich hinfällig. Daß der Gefrierpunkt des Wassers
nicht tatsächlich bei 0°C liegt, vermag ich nicht auszuschließen. Wenn man
davon ausgeht, daß auch die Eiswürfel aus Leitungswasser bestanden, bleibt aber
immerhin noch eine Unterkühlung von 6 K übrig.
>OK, was meinst Du, rein von Ionen oder von makroskopischen
>Verunreinigungen? Wieviel Gas war im Wasser geloest?
Keine Ahnung. Meine Aussage bezog sich ausschließlich auf
>>> 1) unterkuehltes Wasser als metastabile Fluessigkeit,
>>> dazu muss Wasser aber sehr rein sein.
was ich dadurch zu widerlegen dachte, daß ich gesehen habe, daß es auch mit
üblichem Leitungswasser funktioniert. Daß das Göttinger Leitungswasser etwas
besonderes wäre, glaub ich jedenfalls nicht. Tee schmeckt jedenfalls besser mit
Emsländisch-Ostfriesischem Wasser... ;-)
>>> 2) Druckabhaengigkeit des Gefrierpunktes,
>>> man kann den Phasenuebergang fluessig/fest durch Druck-
>>> aenderung erreichen.
>>>
>> Bei fallendem Druck wird zwar die Eisbildung angeregt.
>> Ist das Wasser aber in der Tat nicht unterkühlt,
>> würde die durch das Auskristallisieren freiwerdende
>> Energie die Wassertemperatur über den Schmelzpunkt heben:
>
>Durch die Aenderung des Druckes ueberschreitet man im
>Phasendiagramm bei gleicher (niedriger) Temperatur die
>Phasengrenze fluessig->fest.
Eben, bei _gleicher_ Temperatur. Der Vorgang verläuft aber adiabatisch, nicht
isotherm (es gibt kein Wärmebad, außerdem ist der Prozeß zu schnell zum
Wärmeaustausch mit der Umgebung). Sobald also Wasser ausfriert, wird die
Schmelzwärme frei, die Temperatur steigt an und bleibt solange bei der
Schmelzemperatur zum jeweiligen Druck, wie noch Wasser vorhanden ist. Man bewegt
sich also auf der Grenzfläche der beiden Phasengebiete im Diagramm. Erst danach
geht's ins reine Eisgebiet.
Aber ich bin mir nicht völlig sicher: Kann man Wasser, daß unter die
Anomalietemperatur abgekühlt ist, wirklich durch Druckerniedrigung einfrieren?
Oder kommt man dann in den Bereich des Phasendiagrammes (wie?), in dem
Sublimation auftritt?
Martin Rückert
> Es gibt IMHO hier 2 Effekte, die man nicht
> durcheinanderbringen darf.
> welches schlagartig durch Kondensationskeime gefriert,
> aenderung erreichen.
>
> Antwort 2) als Erklaerung annehmen.
Nicht entweder/oder, sondern beides spielt hier rein:
Zunaechst einmal muß man sich im Phasendiagramm (p ueber T) von Wasser
die Schmelzdruckkurve (trennt flüssige von fester Phase) anschauen, die
wegen der Anomalie von Wasser eine negative Steigung hat. Befindet sich
Wasser in fluessigem Zustand nahe dieser Kurve, so ueberschreitet der
Zustand des Systems bei isothermischen Druckabfall (Oeffnen der unter
Druck stehenden Flasche) diese Kurve in den Bereich der festen Phase (im
Diagramm auf einer senkrecht nach unten gehenden Linie).
Es gibt jedoch keine Vorschrift, die besagt, daß hierbei sofort eine
Phasenumwandlung stattfinden muß, deshalb spricht man hier auch von
unterkuehltem Wasser, also von einem metastabilen Zustand. Deshalb kann
das Wasser in der Flasche auch bei isobarer Temperaturverringerung
(Kuehlschrank ist auf unoekologischen Wert eingestellt ;-) unterkuehlt
werden.
Die "Verunreinigung" durch CO2 oder ein anderes inertes Gas ist hier
etwas nebensaechlich. Zum Vergleich: Bei Normaldruck betraegt die
Gefrierpunkterniedrigung zwischen reinem und luftgesaettigten Wasser
gerade mal 0.0024 Grad C und mit mehr als dem 2 oder 3fachen Druck wird
uns hoffentlich kein Sprudelhersteller begluecken :-/
CO2 ist hier naehrungsweise als inert zu betrachten, da sich es in
waessriger Loesung nur zu ca. 0.2% in Kohlensaeure umsetzt.
Was haelt das Wasser nun in diesem Zustand von der Phasenumwandlung ab?
Damit sich die neue in der alten Phase bilden kann, wird eine
Phasengrenze benötigt. Es muessen sich also einige Wassermolekuele zur
neuen Phase zusammenlagern (Keim). Thermodynamisch formuliert kommt es
hier auf das Verhaeltnis von Oberflaechenanteil (=pos.) zu Volumenanteil
(=neg.) der Bildungsenthalpie an. Bei winzigen Dimensionen uebertrifft
der erstere den letzteren obwohl die neue Phase die stabile (neg.
Bildungsenthalpie) sein sollte. Die Kinetik ist also gehemmt, was sich
bei Vergroesserung der Keime irgendwann veraendert (V waechst mit der
3.ten, O nur mit der 2.ten Potenz von r): Die Phasenumbildung setzt dann
schlagartig ein.
Etwas anschaulicher formuliert: Fuer ein freies Wassermolekuel nimmt die
Wahrscheinlichkeit der Anlagerung an eine bestimmte Position mit der
Anzahl der dort vorhandenen Nachbarmolekuele zu; die Anlagerung in einer
Ecke ist energetisch guenstiger als die an einer Kante oder gar
Flaeche...
Die Ausloesung der Phasenumbildung durch Schuetteln geschieht IMHO
letztendlich durch Fremdkeime, in Form von aufgeschwemmt echten
Fremdkeimen oder in Form winziger Gasblaeschen, die als Fremdkeim
wirken. Bei letzterem spielt natuerlich das CO2 wieder eine Rolle :-)
Beim Gefrieren wird, wie einige erwaehnten, Kristallisationswaerme frei.
Die ist jedoch zum einen nicht besonders hoch und hindert zum anderen
nicht daran, dass zumindest ein Teil sich in Eis umwandelt. Reicht die
Unterkuehlung nur fuer eine Teilumwandlung, so hat das Wasser
anschliessend eine hoehere Temperatur, und zwar genau die am
entsprechenden Punkt der Schmelzdruckkurve (z.B. 0 Grad, wie Jürgen
Appel beschrieb). Um das Wasser dann ganz durchzufrieren muesste man
weiter Energie entziehen, wobei sich die Temperatur des Gemisches erst
nach vollstaendiger Ersttarrung weiter senken laesst (analog siedendem
Wasser, dass bis zum voelligen Verdampfen konstant bei 100 Grad bleibt).
HTH, Martin.
---
Alles ist in Fluss. - In die gleichen Stroeme steigen und steigen wir
nicht; wir sind es und sind es nicht.
__/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\__
Martin Rueckert Mailto:martin....@onlinehome.de.N.o.S.p.a.m
Dirk Scharpenberg
> Hallo,
Moins!
> Nur wunderte mich mal wieder, als ich meine Selters gerade aus dem
> Kuehlschrank nahm und sie aufschraubte, dass sich wieder mal Eis
> gebildet hat. Ein altes Phaenomen was ich schon in der Kindheit
> bewundert habe, aber auch heute eigentlich noch keine
wisenschaftliche
> Begruendung weiss.
Nachdem hier wurden nun schon die verschiedensten Theorien erörtert
wurden, möchte ich als physikalischer Laie noch einen Gedanken
beisteuern:
Wenn das Wässer aus dem Kühlschrank kommt - mit, mal angenommen, wenig
über 0 Grad C - is das CO2 im Wasser gelöst.
Möglicherweise kann man diesen Zustand des CO2 , was den Abstand der
Moleküle usw. betrifft, mit dem Aggregatzustand "flüssig" vergleichen.
Dann wäre das ausgasen des CO2 vergleichbar mit dem Verdunsten, wobei
dann genug Energie durch das CO2 aufgenommen (und damit dem Wasser
entzogen) wird, um das Wasser gefrieren zu lassen. Hm, umständlich
erklärt - kommt rüber, was ich meine...?
Und: bitte nicht schlagen, bin nur nen Laie, und wollt nur nen
Gedanken loswerden, kann auch bullshit sein ;-)
--
--------------------------------------------------------------
CU and have Phun - D.Schar...@gmx.net - ICQ 66068843
--------------------------------------------------------------
Ulrich Wolf
> Tanja Rahn #4770 <Tanja...@alcatel.de> schrieb in im Newsbeitrag:
> 391FE923...@alcatel.de...
>> Nur wunderte mich mal wieder, als ich meine Selters gerade aus dem
>> Kuehlschrank nahm und sie aufschraubte, dass sich wieder mal Eis
^^^^^^^^^^^^
ich nehme an, dass hier entweder Gefrierfach stehen sollte, oder Tanja's
Kuehlschrank einen kleinen defekt hat und das Wasser auf <0°C abkuehlt
(s.u.).
>> gebildet hat. Ein altes Phaenomen was ich schon in der Kindheit
[...]
> Nachdem hier wurden nun schon die verschiedensten Theorien erörtert
> wurden, möchte ich als physikalischer Laie noch einen Gedanken
> beisteuern:
> Wenn das Wässer aus dem Kühlschrank kommt - mit, mal angenommen, wenig
> über 0 Grad C - is das CO2 im Wasser gelöst.
Ich glaube, wie oben schon gesagt nicht, dass das Wasser wirklich ueber 0°C
hatte. Es waere schoen, wenn die urspruengliche Fragestellerin (Tanja) da
mal was zu schreiben koennte. Hallo Tanja! Lebst Du noch? Wenn man hier im
Usenet fragen stellt, sollte man sich zumindest noch ein klein wenig mit in
der betreffenden Newgroup engagieren. Gib also doch bitte mal 'nen Ton von
Dir...
> Möglicherweise kann man diesen Zustand des CO2 , was den Abstand der
> Moleküle usw. betrifft, mit dem Aggregatzustand "flüssig" vergleichen.
> Dann wäre das ausgasen des CO2 vergleichbar mit dem Verdunsten, wobei
> dann genug Energie durch das CO2 aufgenommen (und damit dem Wasser
> entzogen) wird, um das Wasser gefrieren zu lassen. Hm, umständlich
> erklärt - kommt rüber, was ich meine...?
Kommt rueber, aber ich glaube nicht, dass so ein Effekt wirklich im
nennenswerten Masse stattfindet. Der Grund dafuer ist, dass es sich um viel
zu wenig CO_2 handelt, um einen solchen Energie-Verbrauch zu begruenden.
Ichhab leider keine genauen Daten darueber, aber rein empirisch habe ich es
noch nie geschafft, CO_2-haltiges Wasser durch Entzug der Kohlensaeure zum
gefrieren zu bringen. Ausserdem tritt der geschilderte Effekt auch nicht nur
bei CO_2-haltigem Wasser auf, sondern auch bei reinem Wasser, Saeften etc.
Da ist dann nur Luft drinne geloest, die eine noch viel geringere
Loesungsenthalpie (fuer den Laien: d.i. im Prinzip die Energie, die beim
aufloesen des betreffenden Stoffes frei wird oder verbraucht wird) besitzt
als CO_2.
> Und: bitte nicht schlagen, bin nur nen Laie, und wollt nur nen
> Gedanken loswerden, kann auch bullshit sein ;-)
BTW: Du musst eigentlich auch gar nicht ueber den Umweg "sozusagen fluessig"
gehen. Immer wenn ein Stoff in einem Loesemittel geloest wird, wird entweder
Energie frei oder verbraucht, je nachdem ob es energetisch guenstiger ist,
wenn sich die Bestandteile des Stoffes (Ionen, Molekuele, Atome) mit den
Molekuelen des Loesemittels umgeben. Und bei dem umgekehrten Vorgang
verhaellt es sich dann mit der Energie genau umgekehrt. Der Effekt ist bei
vielen Loesungsvorgaengen aber nicht so einfach bemerkbar (z.B. Zucker in
Wasser, Luft in Wasser, Kochsalz in Wasser etc.).
Martin Rückert
[...]
> Nachdem hier wurden nun schon die verschiedensten Theorien erörtert
> wurden, möchte ich als physikalischer Laie noch einen Gedanken
> beisteuern:
> Wenn das Wässer aus dem Kühlschrank kommt - mit, mal angenommen, wenig
> über 0 Grad C - is das CO2 im Wasser gelöst.
> Moleküle usw. betrifft, mit dem Aggregatzustand "flüssig" vergleichen.
> Dann wäre das ausgasen des CO2 vergleichbar mit dem Verdunsten, wobei
> dann genug Energie durch das CO2 aufgenommen (und damit dem Wasser
> entzogen) wird, um das Wasser gefrieren zu lassen. Hm, umständlich
> erklärt - kommt rüber, was ich meine...?
IMHO ist der Aggregatzustand eines geloesten CO2-Molekuels als
"gasfoermig" anzunehmen. Es ist von allen Seiten von Wasser umgeben,
wobei nur sehr schwache van-der-Waals-Kraefte wirken. Beim Austritt in
die Gasphase entzieht es dem Wasser sicherlich etwas Energie, um diese
Bindungen zu loesen. Du kannst jedoch die Groessenordnung der
"Verdunstungskaelte" nicht mit der vergleichen, die auftritt, wenn
Wassermolekuele in die Dampfphase uebertreten, da hier die Kraefte wegen
der staken Polaritaet des Wasser viel staerker sind.
Außerdem spielen sich solche Vorgaenge relativ langsam ab, so dass der
staendige Temperaturausgleich mit der Umgebung keine nennenswerte
Abkuehlung der obersten Wasserschicht zeigt.
Ein viel deutlicherer Abkuehlungseffekt tritt jedoch in einem anderen
Aspekt auf: Die Gasphase in der geschlossenen Flasche steht ja unter
Druck. Beim schnellen Oeffnen kommt man einer adiabatische
Zustandsaenderung (kein Waermeaustausch mit der Umgebung) sehr nahe, so
dass der Druckabfall zu einem Temperaturabfall fuehrt. Dieses sehr kalte
Gas ueber der Wasseroberflaeche koennte eine duenne Eisschicht auf dem
Wasser erzeugen, wenn dieses eine Temperatur nahe dem Gefrierpunkt hat.
Martin
Mirco Wahab
Antwort. Mir ist aber noch was eingefallen.
Martin Rückert wrote:
> Mirco Wahab schrieb: [...]
>> Es gibt IMHO hier 2 Effekte, die man nicht
>> durcheinanderbringen darf.
>> 1) unterkuehltes Wasser als metastabile Fluessigkeit,
>> http://www.geog.ubc.ca/crpoints/papers/abstract_jgr.html
>> welches schlagartig durch Kondensationskeime gefriert,
>> dazu muss Wasser aber sehr rein sein.
>> 2) Druckabhaengigkeit des Gefrierpunktes,
>> http://www.enchantedlearning.com/pgifs/Phaseswater.GIF
>> man kann den Phasenuebergang fluessig/fest durch Druck-
>> aenderung erreichen.
hier moechte ich nach der bisherigen Diskussion noch hinzufuegen:
1a) durch aeussere Druckerniedrigung aendert (verringert) sich
die Loeslichkeit von CO2, welches in der gesamten Flasche
'schlagartig' Kondensationskeime (der Blaeschenoberflaeche)
bereitstellt.
1b) Entspannung von CO2 und anderen Gasen fuehrt sofort zur geringer
Temperaturerniedrigung in der gesamten Flasche.
2a) die Flaschen werden beim Hersteller bereits unter Druck
abgefuellt (wie hoch ist der bei Standardtemperatur?). Bei Ab-
kuehlung von Wasser unter +4° steigt der Druck weiter bei
konstantem Volumen durch die anomale Expansion des Wassers
(vor allem wenn die Flasche sehr voll ist -- enorm).
> Zunaechst einmal muß man sich im Phasendiagramm (p/T) von Wasser
> die Schmelzdruckkurve (trennt flüssige von fester Phase) anschauen,
> die wegen der Anomalie eine negative Steigung hat. Befindet sich
> Wasser in fluessigem Zustand nahe dieser Kurve, so ueberschreitet
> Zustand des Systems bei isothermischen Druckabfall
> diese Kurve in den Bereich der festen Phase.
A: _Wenn_ das so ist, dann ist das als Erklaerung _hinreichend_.
Es muss also ueberprueft werden, ob der Druck so hoch werden
kann, dass obiges Eintritt (die P(Standard)-Schmelztemperatur
also bei diesem Flaschendruck um 3-5° unterschritten werden kann).
> Es gibt jedoch keine Vorschrift, die besagt, daß sofort eine
> Phasenumwandlung stattfinden muß, ...
> ... deshalb spricht man hier von
> unterkuehltem Wasser, also von einem metastabilen Zustand.
> ... deshalb kann das Wasser in der Flasche auch bei isobarer
> Temperaturverringerung unterkuehlt werden.
Nein, das ist leider nicht ganz richtig, da Wasser bei diesem Druck
und dieser Temperatur _fluessig_ ist nach seinen Gleichgewichts-
eigenschaften. Metastabil waere es bei Standarddruck und -4°C,
aber nicht bei Flaschendruck und -4°C (wenn obige Annahme A stimmt).
> und mit mehr als dem 2 oder 3fachen Druck wird
> uns hoffentlich kein Sprudelhersteller begluecken :-/
Also [bitte um Aufklaerung] -- bei welchem Druck werden ab
Werk die Sprudelflaschen verschlossen?
> Was haelt das Wasser nun in diesem Zustand von der Phasenumwandlung
> ab? Damit sich die neue in der alten Phase bilden kann, wird eine
> Phasengrenze benötigt. Es muessen sich also einige Wassermolekuele
> zu neuen Phase zusammenlagern (Keim).
Das passiert ja auch staendig durch kleine Dichtefluktuationen
in der Fluessigkeit. Allerdings sind diese 'Keime' zu klein, um
makroskopische Dimensionen zu erreichen, sie Zerfallen durch
Fluktuationen der Groessenordnung proportional zu T(emperatur).
> Thermodynamisch formuliert kommt es hier auf das Verhaeltnis von
> Oberflaechenanteil (=pos.) zu Volumenanteil (=neg.) der
> Bildungsenthalpie an. Bei winzigen Dimensionen uebertrifft
> der erstere den letzteren obwohl die neue Phase die stabile (neg.
> Bildungsenthalpie) sein sollte. Die Kinetik ist also gehemmt,
> was sich bei Vergroesserung der Keime irgendwann veraendert
> (V waechst mit der 3.ten, O nur mit der 2.ten Potenz von r): Die
> Phasenumbildung setzt dann schlagartig ein.
> Etwas anschaulicher formuliert: Fuer ein freies Wassermolekuel
> nimmt die Wahrscheinlichkeit der Anlagerung an eine bestimmte
> Position mit der Anzahl der dort vorhandenen Nachbarmolekuele zu;
> die Anlagerung in einer Ecke ist energetisch guenstiger als die
> an einer Kante oder gar Flaeche...
;-)
> Die Ausloesung der Phasenumbildung durch Schuetteln geschieht IMHO
> letztendlich durch Fremdkeime, in Form von aufgeschwemmt echten
> Fremdkeimen oder in Form winziger Gasblaeschen, die als Fremdkeim
> wirken. Bei letzterem spielt natuerlich das CO2 wieder eine Rolle
Und hier haben wir den Knackpunkt der ganzen Geschichte.
GELINGT es, eine VERSCHLOSSENE Flasche durch Schuetteln zum
Durchfrieren zu bringen oder nicht!?
> Beim Gefrieren wird, wie einige erwaehnten, Kristallisationswaerme
> frei. Die ist jedoch zum einen nicht besonders hoch und hindert zum
> anderen nicht daran, dass zumindest ein Teil sich in Eis umwandelt.
Das ist auch nicht das Problem, da die Temperatur der
unterkuehlten Fluessigkeit entscheidet, was passiert.
Viele Gruesse
Mirco
Mirco Wahab
>
>>> So jedenfalls das auch in vielen Büchern verbreitete Gerücht.
>>> Ich habe in der Experimentalphysik-Vorlesung hier in Göttingen
>>> auch normales Leitungswasser gesehen, das unterkühlt wurde.
>> Das macht die Sache nicht einfacher ;-) Wie ist die
>> Zusammensetzung von Goettinger Leitungswasser.
>> Eine 1-molale (mol/kg Wasser) NaCl-Loesung gefriert ungefaehr
>> bei -4° (genau bei -3.62°, noch genauer bei -3.37°).
> Hey, hier taugt das Wasser immerhin noch gerade zum Tee kochen,
> ich sprach also von Leitungs- nicht Salzwasser ;-)
OK, durch Deine Experimentbeschreibung ist mir klargeworden, dass
ich hier auf dem Holzweg wanderte.
> Aber ich bin mir nicht völlig sicher: Kann man Wasser, daß unter
> Anomalietemperatur abgekühlt ist, wirklich durch Druckerniedrigung
> einfrieren?
Frage des Assistenten im Testat Phasenuebergaenge:
"Kann man auf gefrorenem Benzol Schlittschuhlaufen?"
Viele Gruesse
Mirco
Martin Rückert
[...]
> hier moechte ich nach der bisherigen Diskussion noch hinzufuegen:
> 1a) durch aeussere Druckerniedrigung aendert (verringert) sich
> die Loeslichkeit von CO2, welches in der gesamten Flasche
> 'schlagartig' Kondensationskeime (der Blaeschenoberflaeche)
> bereitstellt.
> 1b) Entspannung von CO2 und anderen Gasen fuehrt sofort zur geringer
> Temperaturerniedrigung in der gesamten Flasche.
> 2a) die Flaschen werden beim Hersteller bereits unter Druck
> abgefuellt (wie hoch ist der bei Standardtemperatur?). Bei Ab-
> kuehlung von Wasser unter +4° steigt der Druck weiter bei
> konstantem Volumen durch die anomale Expansion des Wassers
> (vor allem wenn die Flasche sehr voll ist -- enorm).
"konstantes Volumen" und Expansion widerspricht sich.
"konstantes Volumen" und Druckanstieg bei Abkuehlung widerspricht sich
auch. (-> ??)
Zustimmung zu 1a+b.
Aber wieso sollte der Druck bei Abkuehlung signifikant steigen? Die
Dichteabnahme von Wasser zwischen +4 und 0 Grad ist in diesem
Zusammenhang vernachlaessigbar (fuer oekologische Prozesse - Zufrieren
von Seen etc. - natuerlich enorm wichtig). Dichte von Wasser:
0 Grad: 0.9999 g/cm^3
+4 Grad: 1.0000 g/cm^3 (<- diente frueher zur Def. von Masse)
D.h. dass sich das Volumen von 1000.0 cm^3 Wasser bei +4 Grad bei
Abkuehlung auf 0 Grad um nur ~0,1 cm^3 ausdehnt. Selbst wenn du es
schaffst die Flasche vollstaendig zu fuellen, geht jeder Blechverschluss
da locker mit ;-) Die Dichte der Wasser sinkt bei Unterkuehlung _nicht_
weiter. Der abnormale Dichteabfall beim Gefrieren (Eis bei 0 Grad:
0,9168 g/cm3) entsteht durch die Bildung eines von Hohlraeumen
durchsetzten Kristallgitters aus einer zuvor ~dichten Kugelpackung.
Solange sich kein Eis bildet, bleibt IMHO die Dichte des unterkuehlten
Wassers konstant bei dem Wert fuer 0 Grad.
Ich kenn den genauen Wert des Drucks bei Abfuellung nicht. Aber ich
weiss wie sich das anfuehlt, wenn man bei einem Autoreifen mit ca. 2 bar
Ueberdruck das Ventil abschraubt (bitte nicht nachmachen ;-) Im
Vergleich dazu schaetze ich mal den Druck einer gut durchgeschuettelten
Sprudelflasche auf etwas um 1 bar.
[...]
> Es muss also ueberprueft werden, ob der Druck so hoch werden
> kann, dass obiges Eintritt (die P(Standard)-Schmelztemperatur
> also bei diesem Flaschendruck um 3-5° unterschritten werden kann).
Zur Steigung der Schmelzdruckkurve: Je 1 atm (=1.01 bar =1.01*10^5 Pa)
Drucksteigerung faellt der Schmelzpunkt von Wasser im Mittel um 0.00753
Grad.
Das ist zugegebenermassen nicht sehr viel. Wenn wie beschrieben eine
Flasche ohne Eisbildung auf -6 Grad abgekuehlt wurde, dann liegt
definitiv unterkuehltes Wasser (metastabil) vor.
Ich geb zu, dass ich etwas schlecht argumentiert habe, weil ich zuerst
die Schmelzpunktserniedrigung ins Spiel gebracht habe :-( Im weiteren
Verlauf habe ich dann aber die Hemmungseffekte herausgestellt, die doch
den eigentlichen Kern der Frage sehr gut beantworten.
Das erstere habe ich nur der Vollstaendigkeit halber erwaehnen wollen,
weil dieser Aspekt je nach Ausgangssituation mitwirken koennte. Und dazu
wurden in diesem Thread einige unterschiedliche genannt.
Es waere uebrigens ganz nett, wenn die Fragestellerin (Tanja) mal was
dazu sagt oder ueberhaupt mal ein Feedback geben wuerde :-)
> > ... deshalb kann das Wasser in der Flasche auch bei isobarer
> > Temperaturverringerung unterkuehlt werden.
>
> Nein, das ist leider nicht ganz richtig, da Wasser bei diesem Druck
> und dieser Temperatur _fluessig_ ist nach seinen Gleichgewichts-
> eigenschaften. Metastabil waere es bei Standarddruck und -4°C,
> aber nicht bei Flaschendruck und -4°C (wenn obige Annahme A stimmt).
Metastabil heisst doch nur, dass der Zustand des Wassers (p,T) im
Phasendiagramm in einem Bereich liegt, in dem es energetisch guenstiger
waere, eine andere Phase anzunehmen, aber die Phasenumbildung durch
gewisse Effekte gehemmt wird. Es handelt sich also nicht um einen
einzelnen Punkt (p,T) im Phasendiagramm, sondern um je nach Umstaenden
ausgedehnte Zustandsflaechen.
Deine Argumentation mit den "Gleichgewichtseigenschaften" konnte ich
leider nicht nachvollziehen. Wir reden doch hier von
Ungleichgewichtszustaenden!?
> Also [bitte um Aufklaerung] -- bei welchem Druck werden ab
> Werk die Sprudelflaschen verschlossen?
s.o.
[...]
> > Die Ausloesung der Phasenumbildung durch Schuetteln geschieht IMHO
> > letztendlich durch Fremdkeime, in Form von aufgeschwemmt echten
> > Fremdkeimen oder in Form winziger Gasblaeschen, die als Fremdkeim
> > wirken. Bei letzterem spielt natuerlich das CO2 wieder eine Rolle
>
> Und hier haben wir den Knackpunkt der ganzen Geschichte.
> GELINGT es, eine VERSCHLOSSENE Flasche durch Schuetteln zum
> Durchfrieren zu bringen oder nicht!?
[...]
Ich denke schon. Wenn das eingeschlossene Gasvolumen nicht zu klein ist,
sollte es moeglich sein, durch Schuetteln winzige Gasblaeschen im Wasser
zu erzeugen (Keime...). Das sollte IMHO sogar ohne CO2-Zusatz moeglich
sein (gaaaanz viel + doll schuetteln ;-). Mit CO2 wirds natuerlich etwas
leichter, da die Erschuetterungen beim Schuetteln die Bildung von
CO2-Blaeschen aus dem geloesten Zustand ermoeglicht.
CU, Martin.
Roland Damm
Mirco Wahab wrote:
> [...]
> > und mit mehr als dem 2 oder 3fachen Druck wird
> > uns hoffentlich kein Sprudelhersteller begluecken :-/
>
> Also [bitte um Aufklaerung] -- bei welchem Druck werden ab
> Werk die Sprudelflaschen verschlossen?
Ich habe da leider nur eingeschränkte Erfahrungen (kein Wasser...),
aber ich nehme an, daß die Sache bei Bier die selbe ist.
D.h: bei Raumtemperatur braucht ein Faß rund 1.5 bar Überdruck (also
rund 2.5 bar) um nicht auszugasen (Blasen bilden). Runtergekühlt auf
8°C reichen für den selben Zweck 1.2 bar Überdruck.
Weizenbier bei Raumtemperatur braucht sogar 2.5 bar Überdruck...
Ich würde sagen, Mineralwasser wird mit noch höherem Druck abgefüllt.
Man sollte die Druckfestigkeit einer Glasflasche nicht unterschätzen.
Zur ursprünglichen Frage: bei diesen Drücken halte ich die
Schmelzpunktverschiebung durch Kohlensäure für die entscheidende
Ursache - da bei Druckverlust (Flasche öffnen) eben jener
Kohlensäuregehalt rapide abnimmt.
(hmm, schon wieder keine Zeit mehr - muß inne Kneipe...:-))
CU Rollo
Jürgen Appel
>Beim Gefrieren wird, wie einige erwaehnten, Kristallisationswaerme frei.
>Die ist jedoch zum einen nicht besonders hoch
Delta Qs= 334 kJ/kg
c_v von Wasser = 4.18 kJ/(kg K)
c_v von Eis = 2.09 kJ/(kg K)
Mit der Kristallisationsenergie, die frei wird, wenn 1 kg Wasser zu Eis
ausfriert, kann man 1 kg Wasser um 80°C (!) zu erwärmen. Oder anders: Du
brauchst mindestens 1 kg 80°C heißes Wasser, um damit 1 kg Eis von 0°C zu
schmelzen.
Die Energie ist also viiieeel größer als man so denkt.
Damit das Wasser also vollständig durchfriert (konstantes c_v angenommen, was
natürlich nicht exakt stimmt), müßte man das Wasser auf -80°C unterkühlen.
Welcher Bruchteil des Wassers bei realistischen -6°C (Gefrierfachtemperatur?)
also maximal durchfrieren kann, läßt sich somit ausrechnen: ca. 8%.
>nicht daran, dass zumindest ein Teil sich in Eis umwandelt. Reicht die
>Unterkuehlung nur fuer eine Teilumwandlung, so hat das Wasser
>anschliessend eine hoehere Temperatur, und zwar genau die am
>entsprechenden Punkt der Schmelzdruckkurve (z.B. 0 Grad, wie Jürgen
>Appel beschrieb).
Sie reicht also wohl in jedem Fall nur zur Teilumwandlung...
Jürgen
[1] Physikalische Formeln und Daten, Klett
Mirco Wahab
> [Bier] bei Raumtemperatur braucht ein Faß rund 1.5 bar Überdruck
> Runtergekühlt auf 8°C reichen für den selben Zweck 1.2 bar Überdruck
> Ich würde sagen, Mineralwasser wird mit noch höherem Druck abgefüllt
Langsam daemmerts selbst mir :-) Wir koennen also annehmen,
dass eine betraechtliche Menge von CO2 im Mineralwaaser geloest
wurde. Das haette den besprochenen Effekt der Gefrierpunkts-
erniedrigung um sagen wir 1-2K Durch Oeffnen der Flasche entgast
Letztere und die Gefrierpunktserniedrigung ist aufgehoben. Am oberen
Ende der Fluessigkeitssaeule bildet sich Eis in einer Menge
gemaess dem Temperaturunterschied zum Schmelzpunkt des entgasten
Wassers. Allerding wurde von Ulrich eigeworfen, dass das CO2
nicht ausreicht.
Das wuerde bedeuten:
- Der Gefrierpunkt einer 'Flasche Selters' laesst sich
reproduzierbar bestimmen und liegt deutlich unter 0°C,
- Das Wasser in der Flasche gefriert nicht vollstaendig beim
Oeffnen (wie Juergen ausgerechnet hat).
- Die Druckabhaengigkeit des Schmelzpunktes faellt hier nicht
ins Gewicht, die Abhaengigkeit ist zu schwach (wie von Martin
bereits erwaehnt),
- Eine fest verschlossene Flasche zerplatzt erst, wenn sich Eis
in ihr gebildet hat,
- Es ist nicht noetig, 'metastabiles' Wasser anzunehmen (sonst
muesste plausibel gemacht werden, dass die verschlossene
Flasche schon beim Schuetteln gefriert).
Wenn das alles zutrifft, sollte die Gefrierpunktserniedrigung
durch geloestes CO2 und dessen Entweichen die Ursache fuer
das Phaenomen sein.
Viele Gruesse
Mirco
Mirco Wahab
> > 2a) die Flaschen werden beim Hersteller bereits unter Druck
> > abgefuellt (wie hoch ist der bei Standardtemperatur?). Bei Ab-
> > kuehlung von Wasser unter +4° steigt der Druck weiter bei
> > konstantem Volumen durch die anomale Expansion des Wassers
> ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
> > (vor allem wenn die Flasche sehr voll ist -- enorm).
> "konstantes Volumen" und Expansion widerspricht sich.
Wasser wuerde expandieren, das 'aussere' Feld erzeugt
ein konstantes Volumen (Flasche), also steigt der Druck.
> Aber wieso sollte der Druck bei Abkuehlung signifikant steigen?
> Dichteabnahme von Wasser zwischen +4 und 0 Grad ist in diesem
> Zusammenhang vernachlaessigbar (oekologische Prozesse - Zufrieren
> von Seen etc. - natuerlich enorm wichtig). Dichte von Wasser:
> 0 Grad: 0.9999 g/cm^3
> +4 Grad: 1.0000 g/cm^3 (<- diente frueher zur Def. von Masse)
Du hast recht, den Effekt hab ich ueberschaetzt.
> Der abnormale Dichteabfall beim Gefrieren (Eis bei 0 Grad:
> 0,9168 g/cm3) entsteht durch die Bildung eines von Hohlraeumen
> durchsetzten Kristallgitters aus einer zuvor ~dichten Kugelpackung.
Im Prinzip richtig, aber bitte ein passenderes Wort
fuer 'dichte Kugelpackung' ;-) Die Sache mit den 'open tetrahedral
structures' bei der Dichteanomalie wurde ja ausfuehrlich im
H-Bruecken-Thread besprochen.
> Ich kenn den genauen Wert des Drucks bei Abfuellung nicht. Aber ich
> weiss wie sich das anfuehlt, wenn man bei einem Autoreifen mit ca.2
> bar Ueberdruck das Ventil abschraubt (bitte nicht nachmachen ;-) Im
> Vergleich dazu schaetze ich mal den Druck einer gut durchge-
> schuettelten Sprudelflasche auf etwas um 1 bar.
Der Druck duerfte viel hoeher sein, nur das 'reservoir' ist kleiner.
Roland hat aus Analogiebetrachtung auf ueber 2.5 bar geschaetzt.
> Zur Steigung der Schmelzdruckkurve Je 1atm (=1.01 bar =1.01*10^5 Pa)
> Drucksteigerung faellt der Schmelzpunkt von Wasser im Mittel um
> 0.00753 Grad.
OK vergesesn wir das :-((
> Das ist zugegebenermassen nicht sehr viel. Wenn wie beschrieben eine
> Flasche ohne Eisbildung auf -6 Grad abgekuehlt wurde, dann liegt
> definitiv unterkuehltes Wasser (metastabil) vor.
Dann muss sie sich durch Schuetteln zum gefrieren bringen
lassen. Wenn nicht, ist das Argument falsch.
> Es waere uebrigens ganz nett, wenn die Fragestellerin (Tanja) mal
> was dazu sagt oder ueberhaupt mal ein Feedback geben wuerde :-)
TAAAANJAAAAA wooo bist Duuuuu (ich habe ihr eine cc: gegeben)
> Metastabil heisst doch nur, dass der Zustand des Wassers (p,T) im
> Phasendiagramm in einem Bereich liegt, in dem es energetisch
> guenstiger waere, eine andere Phase anzunehmen, aber die
> Phasenumbildung durch gewisse Effekte gehemmt wird.
> Es handelt sich also nicht um einen einzelnen Punkt (p,T) im
> Phasendiagramm, sondern um je nach Umstaenden
> ausgedehnte Zustandsflaechen.
Ein experimentelles System ist immer an _einem_ Punkt des
Phasenraumes, welcher sich anhand der zugeordneten physikalischen
Groessen im Phasendiagramm zeigen laesst. Ob das System
tatsaechlich so aussieht, ist eine andere Frage. Die Freie
Energie kann in einem 'lokalen Minimum' festhaengen, das
System kommt ohne aeusseres Feld nicht raus --> metastabil.
> Deine Argumentation mit den "Gleichgewichtseigenschaften" konnte
> ich leider nicht nachvollziehen. Wir reden doch hier von
> Ungleichgewichtszustaenden!?
Das ist die Frage ;-) Mit Gleichgewicht meinte ich den Phasenraum-
punkt, der erreicht wird, wenn kinetische Hemmnisse bei der
Einstellung des Minimums dessen zugeordneter Freier Energie keine
Rolle spielen.
Viele Gruesse
Mirco
Markus Becker
>Frage des Assistenten im Testat Phasenuebergaenge:
> "Kann man auf gefrorenem Benzol Schlittschuhlaufen?"
Und, kann man?
Markus
Dirk Scharpenberg
Ulrich Wolf <wo...@mailer.uni-marburg.de> schrieb in im Newsbeitrag:
0l40g8...@lumo.daheim.de...
> Kommt rueber, aber ich glaube nicht, dass so ein Effekt wirklich im
> nennenswerten Masse stattfindet. Der Grund dafuer ist, dass es sich
um viel
> zu wenig CO_2 handelt, um einen solchen Energie-Verbrauch zu
begruenden.
Ok, leuchtet ein.
> Ichhab leider keine genauen Daten darueber, aber rein empirisch habe
ich es
> noch nie geschafft, CO_2-haltiges Wasser durch Entzug der
Kohlensaeure zum
> gefrieren zu bringen. Ausserdem tritt der geschilderte Effekt auch
nicht nur
> bei CO_2-haltigem Wasser auf, sondern auch bei reinem Wasser,
Saeften etc.
Aha - wenn der Effekt auch bei "drucklosen" Getränken auftritt,
bedeutet das, dass die Druckabhängigkeit des Gefrierpunktes, die hier
ebenfalls diskutiert wurde, auch nicht die Lösung sein kann... Bei
solchen gibt es allerdings auch keine beim Öffnen entstehenden
Gasblasen, die als Kristallisationskeime dienen könnten...
Hm, was bleibt jetzt eigentlich noch übrig? ;-)
Roland Damm
Mirco Wahab wrote:
> ...
> Das wuerde bedeuten:
> - Der Gefrierpunkt einer 'Flasche Selters' laesst sich
> reproduzierbar bestimmen und liegt deutlich unter 0°C,
> - Das Wasser in der Flasche gefriert nicht vollstaendig beim
> Oeffnen (wie Juergen ausgerechnet hat).
> - Die Druckabhaengigkeit des Schmelzpunktes faellt hier nicht
> ins Gewicht, die Abhaengigkeit ist zu schwach (wie von Martin
> bereits erwaehnt),
> - Eine fest verschlossene Flasche zerplatzt erst, wenn sich Eis
> in ihr gebildet hat,
> - Es ist nicht noetig, 'metastabiles' Wasser anzunehmen (sonst
> muesste plausibel gemacht werden, dass die verschlossene
> Flasche schon beim Schuetteln gefriert).
> ...
> Viele Gruesse
>
> Mirco
Genau!
CU Rollo
Dirk Scharpenberg
Dirk Scharpenberg <D.Schar...@gmx.net> schrieb in im Newsbeitrag:
8g2dmc$gb4m$1...@fu-berlin.de...
> Hm, was bleibt jetzt eigentlich noch übrig? ;-)
Schon gut, nach Mircos Zusammenfassung ziehe ich die Frage zurück ;-)
Martin Rückert
[...]
> c_v von Wasser = 4.18 kJ/(kg K)
> c_v von Eis = 2.09 kJ/(kg K)
> Eis ausfriert, kann man 1 kg Wasser um 80°C (!) zu erwärmen. Oder
> anders: Du brauchst mindestens 1 kg 80°C heißes Wasser, um damit 1 kg
> Eis von 0°C zu schmelzen.
>
> Die Energie ist also viiieeel größer als man so denkt.
>
> Damit das Wasser also vollständig durchfriert (konstantes c_v
> angenommen, was natürlich nicht exakt stimmt), müßte man das Wasser
> auf -80°C unterkühlen.
Das fand ich interessant und habs mal nachgerechnet. Auf einem anderen
Rechenweg und mit anderen Angaben (Schmelzenthalpie Delta H von Wasser =
5.98 kJ/mol [1]) komme ich auf 331.9 kJ/kg :-)
Aber Deine Angaben haben mich doch etwas verwirrt. Eigentlich wird mit
c_v die spezifische Waermekapazitaet bei _konstantem Volumen_ bezeichnet
und wird meist nur fuer Gase verwendet. Bei Fluessigkeiten ist der
Unterschied natuerlich marginal...
> Welcher Bruchteil des Wassers bei realistischen -6°C
> (Gefrierfachtemperatur?) also maximal durchfrieren kann, läßt sich
> somit ausrechnen: ca. 8%.
[...]
> Sie reicht also wohl in jedem Fall nur zur Teilumwandlung...
Die Rechnung stimmt, ABER die -6 Grad stimmen nicht, nämlich mit der
urspruenglichen Frage ueberein :-o)
Ich hab mal den ganzen Thread durchsucht, wo diese -6 Grad herkamen, und
stellte fest, dass Du sie ins Spiel gebracht hast, als Du von einem
anderen Experiment erzaehlt hast :-)) Dabei ging es doch nur um einige
Milliliter im Reagenzglas - nun, dafuer reichen -6 Grad zum voelligen
Durchfrieren sicher locker ;)
Obwohl sich TANJA nicht meldet :-(( und mal genauere Angaben z.B. zu
ihrer Kuehlschranktemperatur macht, stelle ich mir nach den ganzen
Ueberlegungen die Sache so vor:
- Das Sprudelwasser war ziemlich kalt, aber nicht notwendigerweise unter
Null Grad. Wir vergessen also mal die Theorie mit der Unterkuehlung.
- Bevor Tanja die Flasche oeffnet, hat sie sie nochmal gut
durchgeschuettelt, so dass sich der Druck in der Gasphase erhoeht hat.
- Chloros schrieb, auf dem Ettikett seines Sprudels waeren 6g/l CO2
angegeben. Daraus habe ich fuer 0 Grad kaltes Wasser einen Loesungsdruck
von ~3.1 bar also ~2.1 bar Ueberdruck berechnet (Naeherungsrechnung).
- Fuer die Schmelzpunktserniedrigung des Wassers bei 6g/l geloesten
CO2 erhalte ich 0.25 K. Die dissozierte Kohlensaeure (0.2%) koennen wir
vernachlaessigen.
- Beim Oeffnen der Flasche kuehlt sich das entweichende Gas ab. Wenn ich
das mal naeherungsweise gleichsetzte mit der Abkuehlung gemaess dem
Joule-Thomson-Effekt (Delta T = mu * Delta p , mit mu = 0.75 K/100 kPa
fuer CO2) komme ich auf eine Abkuehlung von Delta T=~ -1.6 K, was man
durch Druckerhoehung per Schuetteln noch etwas steigern kann.
=> Wenn wir von einer Anfangs-Temperatur gleich 0 Grad ausgehen, dann
sollte doch eine ca. -1.6 Grad C kalte Gasschicht ueber dem Wasser
ausreichen, um eine hauchduenne Eisschicht zu erzeugen.
- Ich hab das mal durchgerechnet: Unter der Annahme, dass die kalte
Gasschicht die zur Erstarrung notwendige Waermemenge komplett aufnehmen
kann, erhalte ich fuer je 0.1 l CO2 (-1.6 Grad C kalt) knapp 0.8 mg Eis.
Bei einer Eisflaeche von 5 cm^2 entspricht das einer Schichthoehe von
etwas ueber 17000 Angstroem, was also gut sichtbar sein sollte ;-)
- Wenn das eingeschlossene Gasvolumen nicht zu klein ist (also vorher
mal 1-2 Schluck wegtrinken) sollte das den Effekt beguenstigen.
CU, Martin.
[1] Walter J.Moore, Grundlagen der Physikalischen Chemie
sonst: Kuchling
Roland Geissert
<jap...@linux01.gwdg.de> wrote:
>
>Delta Qs= 334 kJ/kg
>c_v von Wasser = 4.18 kJ/(kg K)
>c_v von Eis = 2.09 kJ/(kg K)
>
>Mit der Kristallisationsenergie, die frei wird, wenn 1 kg Wasser zu Eis
>ausfriert, kann man 1 kg Wasser um 80°C (!) zu erwärmen. Oder anders: Du
>brauchst mindestens 1 kg 80°C heißes Wasser, um damit 1 kg Eis von 0°C zu
>schmelzen.
>
>Die Energie ist also viiieeel größer als man so denkt.
Soweit OK (ohne nachzuschlagen).
>Damit das Wasser also vollständig durchfriert (konstantes c_v angenommen, was
>natürlich nicht exakt stimmt), müßte man das Wasser auf -80°C unterkühlen.
^^^^^^
Spätestens hier muß ein Denkfehler liegen. Welcher, ist mir im Moment
aber auch nicht klar.
Meine Erfahrungen (ich habe jahrelang Getränke auf dem Balkon
gelagert):
Beim Unterschreiten der 0°-Grenze entsteht während dem Öffnen der
Flasche in weniger als einer Sekunde ein mehr oder weniger großer
poröser Eisklumpen. Je nach Temperatur kann dieser durchaus das
komplette Flaschenvolumen ausfüllen.
Sinkt die Temperatur noch weiter ab (ich schätze mal grob so ca.
-10°), gefriert der Inhalt auch bei ungeöffneter Flasche und sprengt
diese.
Meine Schlußfolgerung:
Das gelöste Gas setzt den Gefrierpunkt herab (wie weit, hängt von der
Menge des Gases ab).
Beim Öffnen (Druckverlust) wird eine Teilmenge Gas ausgeschieden, die
Konzentration der Lösung ändert sich, wodurch der Gefrierpunkt der
Lösung schlagartig über deren tatsächlichen Temperatur liegt. Während
des Gefrierens wird auch das verbleibende Restgas abgesondert, weshalb
der Eisblock porös wird und die Flasche somit nicht sprengen kann.
So, wo liegt jetzt aber der Fehler bei Deinen Betrachtungen des
Wärmehaushaltes?
Roland
Martin Rückert
[...]
> Soweit OK (ohne nachzuschlagen).
>
> >Damit das Wasser also vollständig durchfriert (konstantes c_v angenommen, was
> >natürlich nicht exakt stimmt), müßte man das Wasser auf -80°C unterkühlen.
> ^^^^^^
> Spätestens hier muß ein Denkfehler liegen. Welcher, ist mir im Moment
> aber auch nicht klar.
War aber richtig gerechnet: Q_s = q_s * m , mit Q_s= Waermemenge, die
zum Schmelzen/Gefrieren notwendig ist, q_s= spez. Schmelzwaerme (fuer
Wasser =334 kJ/kg , m= Masse der einzufrierenden Fluessigkeit.
Nach Q = c * m * Delta T kannst Du dann ausrechnen, welche
Temperaturdifferenz du erhaeltst, wenn Du einem Koerper mit spez.
W.kapazitaet c (=4.182 kJ/(kg*K) fuer Wasser bei 20 Grad C aber auch
fuer 0 Grad mit vernachlaessigbarem Fehler) und der Masse m diese
Waermemenge entziehst/zufuehrst.
> Meine Erfahrungen (ich habe jahrelang Getränke auf dem Balkon
> gelagert):
> Beim Unterschreiten der 0°-Grenze entsteht während dem Öffnen der
> Flasche in weniger als einer Sekunde ein mehr oder weniger großer
> poröser Eisklumpen. Je nach Temperatur kann dieser durchaus das
> komplette Flaschenvolumen ausfüllen.
Dass nach Unterkuehlung ein Teilvolumen ausfrieren kann, wurde bereits
vorgerechnet. Aber zum kompletten Ausfrieren musst Du eben die oben
angegebene Waermemenge entziehen.
> Sinkt die Temperatur noch weiter ab (ich schätze mal grob so ca.
> -10°), gefriert der Inhalt auch bei ungeöffneter Flasche und sprengt
> diese.
Jetzt merk ich langsam Deinen Denkfehler: Waehrend des
Schmelz-/Einfriervorgangs bleibt doch die Temperatur konstant! Die dabei
zugefuehrte/entzogene Energie wird in den Abbau/Aufbau des
Kristallgitters gesteckt. Wenn Du also Dein Bier bei -10 Grad eine
entsprechende Zeit aufm Balkon stehen laesst, bist Du selber schuld ;-)
> Meine Schlußfolgerung:
> Das gelöste Gas setzt den Gefrierpunkt herab (wie weit, hängt von der
> Menge des Gases ab).
Ist vernachlaessigbar: ~ 0.25 K (siehe entsprechenden Beitrag von mir).
> Beim Öffnen (Druckverlust) wird eine Teilmenge Gas ausgeschieden, die
> Konzentration der Lösung ändert sich, wodurch der Gefrierpunkt der
> Lösung schlagartig über deren tatsächlichen Temperatur liegt. Während
^^^^^^^^^^^
Schlagartig aendert sich der Gefrierpunkt nur aufgrund des geaenderten
Phasenzustands (anderer Druck; siehe Beitrag...). Das Ausgasen geschieht
_nicht_ schlagartig; zum Glueck, denn sonst koennte man z.B. Bier stets
nur schal trinken ;-)) D.h. die sowieso vernachlaessigbare herabgesetzte
Gefrierpunkt durch CO2 steigt nur langsam, naemlich proportional zur
Ausgasung, wieder hoeher.
> des Gefrierens wird auch das verbleibende Restgas abgesondert, weshalb
> der Eisblock porös wird und die Flasche somit nicht sprengen kann.
Eis ist sowieso "poroes". Das bischen CO2 wird, wie zuvor im fluessigen
Zustand, locker mit eingeschlossen.
Wenn nur ein Teil gefriert insbesondere im Flaschen_hals_, dann kann
dieser Kegel bei vergroessertem Volumen doch prima etwas weiter in die
Flasche reinrutschen. Keine Flasche (mit glatten Innenwaenden) springt
dabei.
> So, wo liegt jetzt aber der Fehler bei Deinen Betrachtungen des
> Wärmehaushaltes?
[...]
HTM, Martin.
Mirco Wahab
> Mirco Wahab wrote:
>> "Kann man auf gefrorenem Benzol Schlittschuhlaufen?"
> Und, kann man?
Nein, kann man leider nicht. Da bei Wasser der Schmelzpunkt
bei 'hohem' Druck niedriger liegt als bei 'Standarddruck',
durchschreitet das Eis unter den Kufen den Phasenuebergang
zur Fluessigkeit, die Kufe gleitet auf einem Fluessigkeitsfilm.
Ausser Wasser hat kaum eine Substanz diese Eigenschaft, auf
Benzol sollte man so gut Schlittschuhlaufen koennen wie
auf einer Eisenplatte :-( Mit den entsprechenden 'Schlittschuhen'
sollte man aber AFAIR auf glatten Silizium-Flaechen fahren
koennen, sofern man sich im _richtigen_ Temperaturbereich
befindet ;-)
Viele Gruesse
Mirco
Martin Rückert
[...]
> >> "Kann man auf gefrorenem Benzol Schlittschuhlaufen?"
> > Und, kann man?
>
> Nein, kann man leider nicht. Da bei Wasser der Schmelzpunkt
> bei 'hohem' Druck niedriger liegt als bei 'Standarddruck',
> durchschreitet das Eis unter den Kufen den Phasenuebergang
> zur Fluessigkeit, die Kufe gleitet auf einem Fluessigkeitsfilm.
Das scheint nicht die ganze Wahrheit zu sein. In der April-Ausgabe vom
Spektrum gabs einen ausfuehrlichen Artikel dazu. Danach gibt es auf Eis
bis zu Temperaturen unter -20 Grad stets einen duennen
Fluessigkeitsfilm, da die auessersten Molekuele schwaecher an die
Gitterstruktur fixiert sind (nicht vollstaendig von Nachbarn umgeben)
und sich daher ein paar der aeussersten Lagen wie eine Fluessigkeit
verhalten. Die Druckschmelze z.B. unter der Schlittschuhkufe senkt den
Gefrierpunkt nur um wenige Grad ab. Waere das der alleinige Grund fuer
das Gleiten, dann ginge das nur nahe 0 Grad - aber welche See waere da
schon gut zugefroren :-?
> Ausser Wasser hat kaum eine Substanz diese Eigenschaft, auf
> Benzol sollte man so gut Schlittschuhlaufen koennen wie
> auf einer Eisenplatte :-( Mit den entsprechenden 'Schlittschuhen'
> sollte man aber AFAIR auf glatten Silizium-Flaechen fahren
> koennen, sofern man sich im _richtigen_ Temperaturbereich
> befindet ;-)
[...]
Damit das mit der Druckschmelze klappt, muss die Schmelzdruckkurve im
Phasendiagramm einen negative Steigung haben bzw. sich das Volumen des
Stoffs beim Schmelzen verkleinern / beim Erstarren vergroessern.
Neben H2O gibts das nur noch bei elementaren Ga, Bi, Sb, Ge, und Si. Die
Schmelztemperaturen (in Grad C) liegen bei 29.8, 271, 631, 959 u. 1420.
Da bleibt wohl nur Ga zum Schlittschuh-Experiment ;-)
Der erwaehnte Effekt der Oberflaechenschmelze soll uebrigens bei fast
allen Festkoerpern auftreten...
CU, Martin.
Roland Geissert
<martin....@onlinehome.de.N.o.S.p.a.m> wrote:
>
>War aber richtig gerechnet: Q_s =3D q_s * m , mit Q_s=3D Waermemenge, die=
Richtig gerechnet schon...
aber trotzdem sind nach meinen Beobachtungen keine -80° notwendig, um
den kompletten Inhalt zum gefrieren zu bringen.
>> Flasche in weniger als einer Sekunde ein mehr oder weniger gro=DFer
>> por=F6ser Eisklumpen. Je nach Temperatur kann dieser durchaus das
>> komplette Flaschenvolumen ausf=FCllen.
>
>Dass nach Unterkuehlung ein Teilvolumen ausfrieren kann, wurde bereits
>vorgerechnet. Aber zum kompletten Ausfrieren musst Du eben die oben
>angegebene Waermemenge entziehen.
lies nochmal: Je nach Temperatur kann der Eisklumpen das _komplette_
Flaschenvolumen ausfüllen.
>
>> Sinkt die Temperatur noch weiter ab (ich sch=E4tze mal grob so ca.
>> -10=B0), gefriert der Inhalt auch bei unge=F6ffneter Flasche und spreng=
>t
>> diese.
>
>Jetzt merk ich langsam Deinen Denkfehler: Waehrend des
>Schmelz-/Einfriervorgangs bleibt doch die Temperatur konstant! Die dabei
>zugefuehrte/entzogene Energie wird in den Abbau/Aufbau des
>Kristallgitters gesteckt. Wenn Du also Dein Bier bei -10 Grad eine
>entsprechende Zeit aufm Balkon stehen laesst, bist Du selber schuld ;-)
> =
>
Bis hierher kann es keinen Denkfehler geben, denn ich beschrieb
lediglich meine Beobachtungen.
Schlimmstenfalls ein Beobachtungsfehler, was aber mangels trinkbarem
Bier unwahrscheinlich ist ;-)
Außerdem beschränken sich meine Beobachtungen auf Mineralwasser ;-P
>> Meine Schlu=DFfolgerung:
Ab hier darfst Du kritisieren .-)
>> Das gel=F6ste Gas setzt den Gefrierpunkt herab (wie weit, h=E4ngt von d=
>er
>> Menge des Gases ab).
>
>Ist vernachlaessigbar: ~ 0.25 K (siehe entsprechenden Beitrag von mir).
>
>> Beim =D6ffnen (Druckverlust) wird eine Teilmenge Gas ausgeschieden, die=
>
>> Konzentration der L=F6sung =E4ndert sich, wodurch der Gefrierpunkt der
>> L=F6sung schlagartig =FCber deren tats=E4chlichen Temperatur liegt. W=E4=
>hrend
> ^^^^^^^^^^^
>Schlagartig aendert sich der Gefrierpunkt nur aufgrund des geaenderten
>Phasenzustands (anderer Druck; siehe Beitrag...). Das Ausgasen geschieht
>_nicht_ schlagartig; zum Glueck, denn sonst koennte man z.B. Bier stets
Eine Teilmenge gast tatsächlich sofort aus, wenn eine Flasche geöffnet
wird. "Sofort" oder "schlagartig" mögen vielleicht
definitionsbedürftig sein, aber Du weißt sicher, was ich meine.
>nur schal trinken ;-)) D.h. die sowieso vernachlaessigbare herabgesetzte
>Gefrierpunkt durch CO2 steigt nur langsam, naemlich proportional zur
>Ausgasung, wieder hoeher.
>
>> des Gefrierens wird auch das verbleibende Restgas abgesondert, weshalb
>> der Eisblock por=F6s wird und die Flasche somit nicht sprengen kann.
>
>Eis ist sowieso "poroes".
Mehr oder weniger, weil fast immer gelöste Gase vorhanden sind, die
während des Phasenübergangs ausgeschieden werden.
Übrigends: Glasklare Eiswürfel bekommt man, wenn man Wasser verwendet
das kurz zuvor abgekocht wurde.
>Das bischen CO2 wird, wie zuvor im fluessigen
>Zustand, locker mit eingeschlossen.
Ja, in Gasbläschen, aber nicht mehr gelöst.
>Wenn nur ein Teil gefriert insbesondere im Flaschen_hals_, dann kann
>dieser Kegel bei vergroessertem Volumen doch prima etwas weiter in die
>Flasche reinrutschen. Keine Flasche (mit glatten Innenwaenden) springt
>dabei.
Wenn nur ein Teil gefriert, hat das Eis auch kaum weniger als 0 Grad,
dehnt sich also noch nicht aus.
Roland
Martin Rückert
[...]
> >Dabei ging es doch nur um einige Milliliter im Reagenzglas - nun,
> >dafuer reichen -6 Grad zum voelligen Durchfrieren sicher locker ;)
> Reagenzglas schon ziemlich durchgefroren aussah. Wahrscheinlich war
> noch viel Wasser im Eis eingeschlossen.
Stimmt, da hat sich ein kleiner Denkfehler eingeschlichen: Wenn das
Reagenzglas isoliert gewesen waere, dann waeren natuerlich auch nur 8%
gefroren. Aber in deinem Versuch hattest Du es ja in einem großen
Kaeltereservois, dem Dewar-Gefaeß, und das hat die restliche Waermemenge
entzogen ;)
[...]
Joule-Thomson-Effekt war der falsche Weg.
[...]
> Hier wäre wohl eine adiabatische Expansion angebrachter,...
> Mit T1=0°C, p1=3.1 bar, p2=1 bar folgt
> T2 = - 61°C (Wow! verrechnet?)
Stimmt :-)
> Bei diesen Temperaturen ist die Ideales-Gas-Näherung sicher nicht mehr
> ganz gerechtfertigt, aber klar dürfte sein, daß das Gas ziemlich kalt
> wird.
Zustimmung. Wenn ich im meinem PC-Buch die Beschreibung des realen Gases
anschaue, wird mir angesicht meiner bevorstehenden Pruefung ganz anders
:-(
>
> >=> Wenn wir von einer Anfangs-Temperatur gleich 0 Grad ausgehen, dann
> >sollte doch eine ca. -1.6 Grad C kalte Gasschicht ueber dem Wasser
> >ausreichen, um eine hauchduenne Eisschicht zu erzeugen.
> Das glaub ich kaum. Die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit dürfte um
> vieles besser sein als dies des Gases, und die Wärmekapazität des
> Gases pro Volumen ist zudem sehr viel geringer als das der
> Flüssigkeit. Bei einer derart krassen Abkühlung des Gases über der
> Flasche fällt sicherlich die Luftfeuchtigkeit aus, Tina müßte Nebel im > Flaschenhals gesehen haben (Tina?). Ich denke, daß sich sogar
> Eiskristalle gebildet haben könnten.
-1.6 Grad reichen sicher nicht aus. Da die Waermeleitfaehigkeit von CO2
im Vergleich zu Wasser ~370 mal kleiner ist, hab ich wohl mehr als
idealisiert. Aber von der Waermekapazitaet kaeme es hin, wie Du ja auch
bestaetigst:
[...]
> komme auf den gleichen Wert. Sollte das Gas noch viel kälter werden
> (s.o.), wäre dies IMHO eine plausible Ursache für die Bildung von
> Kristallisationskeimen, selbst, wenn nicht die ganze Wärme an das Gas
> abgegeben werden kann. ...
Jetzt denk ich mal an den Nebel, den Du ins Spiel gebracht hast, also an
eine Mischphase aus CO2 und H2O. Die hat doch gewiss einen guenstigere
Waermeleitfaehigkeit als trockenes CO2 (denk mal an Spaziergang bei
kaltem Nebelwetter,... brrr). Zusammen mit den ausperlenden und
ebenfalls sehr kalten Blaeschen (als Keimen) sollte das doch zur Bildung
einer duennen Eisschicht allein als Folge der adiabatische Expansion
reichen, oder?
> Fest steht wohl, daß ohne Unterkühlung nichts übrigbleibt,wohin
> die Kristallisationswärme beim Ausfrieren eines nennenswerten Teiles
> des Wassers in der Flasche hin kann.
Das ist die Frage, bei der uns uebrigens TANJA (wo bleibt Dein
Einsatz!?!) weiter helfen koennte.
Gruß, Martin.
Mirco Wahab
> Jetzt versteh ich: Juergen hatte von _unterkuehltem_ Wasser geredet.
> Wenn man 1 l Wasser in unterkuehltem Zustand (also die ganze Zeit
> fluessig) vollstaendig zum Einfrieren bringen will, _dann_ muss man
> sie auf -80 Grad C abkuehlen um die dazu erforderliche Waermemenge
> zu entziehen*.
Das ist eine Stoffkonstante, die 'homogene Nukleationstemperatur',
und die ist bei Wasser (und Standarddruck) TH = -38°C
> (* Natuerlich ist das nur theoretisch gedacht, ich weiss nicht ob
> das experimentell hinkriegen wuerde, Wasser zu so einer tiefen
> Temperatur im unterkuehltem Zustand hinzufuehren.)
Ach, mit ein wenig Uebung ...
Also, konstatieren wir erstmal:
- Theorie 1: Gefrierpunktserniedrigung von Wasser durch geloestes
CO2 und Teilausfrieren von Eis nach Entgasen des CO2
- Theorie 2: Abkuehlung des nicht mehr unter Druck stehenden CO2
(von 3 -> 1 bar) durch Joule-Thompson Effekt und
Waermeuebertragung 'Wasser -> entweichendes CO2'
Bei beiden Varianten entstehen im bulk-Wasser Kondensationskeime
durch die Gasblaeschen. Nun muesste man aus den Berechnungsergeb-
nissen plausibel machen koennen, welche der Theorien in welchem
Umfang zutrifft.
Viele Gruesse
Mirco
Roland Geissert
<jap...@linux01.gwdg.de> wrote:
>>>Damit das Wasser also vollständig durchfriert (konstantes c_v angenommen, was
>>>natürlich nicht exakt stimmt), müßte man das Wasser auf -80°C unterkühlen.
>> ^^^^^^
>
>Hmm. Sicher, daß die Flasche beim _Öffnen_ komplett durchgefroren war, während
>das vorher nicht so war? Das würde in der Tat meiner Rechnung widersprechen,
>obwohl ich nicht wüßte, wo die ganze Kristallisationsenergie denn sonst hin
>sollte...
Sicher ist: vorher komplett flüssig, nachher komplett fest (zumindest
dem Anschein nach).
>>So, wo liegt jetzt aber der Fehler bei Deinen Betrachtungen des
>>Wärmehaushaltes?
>Wenn das Experiment in der Tat was anderes behauptet, wüßte ich das auch
>gerne...
Naja, das waren keine Experimente, sondern eher spontane Erlebnisse.
Nachdem ich versucht habe, mich an mehr Details zu erinnern (das ist
schon eine Weile her, und allzu oft ist mir das auch nicht passiert),
denke ich Folgendes:
Der beim Öffnen entstehende "Eisblock" ist garnicht so massiv, wie er
von außen erscheint. Er besteht wohl eher aus einer Mischung von Eis,
Wasser und Gas, wobei der Eiskörper eine schwammartige Struktur
bestitzt und das Restwasser und das Gas in kleinen Kammern
eingeschlossen sind.
Das mag wohl auch erklären, warum die Flasche nicht platzt, obwohl der
"Eis"-Körper das gesamte Volumen ausfüllt.
Somit wären Theorie un Praxis wieder versöhnt :-)
Gruß Roland
Roland Geissert
<martin....@onlinehome.de.N.o.S.p.a.m> wrote:
>Roland Geissert schrieb:
>
>> Flasche in weniger als einer Sekunde ein mehr oder weniger gro=DFer
>> por=F6ser Eisklumpen. Je nach Temperatur kann dieser durchaus das
>> komplette Flaschenvolumen ausf=FCllen.
>> Sinkt die Temperatur noch weiter ab (ich sch=E4tze mal grob so ca.
>> -10=B0), gefriert der Inhalt auch bei unge=F6ffneter Flasche und spreng=
>t
>> diese.
>
>Willst Du damit sagen, dass Du eine volle (0.7 bis 1 l) Flasche Sprudel,
>die ne Weile bei ca. -10 Grad gelagert hat, und die noch vollstaendig in
>fluessigem Zustand war, geoeffnet hast, und diese ist dann beim Oeffnen
>innerhalb 1 s voellig durchgefroren und hat die Flasche gesprengt ???
>Das kann ich kaum glauben :-o
>
Genau dies wollte ich _nicht_ sagen.
Sondern: Entweder der Inhalt gefriert in geschlossenem Zustand und die
Flasche platzt dabei, oder der vorher flüssige Inhalt gefriert beim
Öffnen "schlagartig" und die Flasche bleibt heil. Wobei ich nicht
ausschließen will, daß sie auch hier platzen kann. Nur habe ich das
nie beobachtet.
>> Wenn nur ein Teil gefriert, hat das Eis auch kaum weniger als 0 Grad,
> ^^^
>> dehnt sich also noch nicht aus.
>
>Also so ist das falsch formuliert. Die Ausdehnung des Eises haengt nicht
>von der Temperatur ab, sondern von der gebildeten Kristallstruktur, die
>sofort mehr Volumen beansprucht (Dichte bei 0 Grad: 0,9168 g/cm^3) als
>fluessiges Wasser (bei 0 Grad: 0.9999 g/cm^3).
Da hast Du natürlich recht, da hab ich Unsinn geschrieben.
>Vielleicht meinst Du, dass sich eine Mischphase gebildet hat? Die
>koennte sich natuerlich der Eingrenzung anpassen, solange sie noch nicht
>durchgaengige feste Strukturen hat.
Siehe hierzu meine Antwort an Jürgen.
Gruß Roland
Chloros
> das vorher nicht so war? Das würde in der Tat meiner Rechnung widersprechen,
> obwohl ich nicht wüßte, wo die ganze Kristallisationsenergie denn sonst hin
> sollte...
>
> restlichen 90% der Flüssigkeit einschlossen und z.B. nur beim Ausgießen im
> Flaschenhals einen Pfropf bilden (Eis schwimmt oben!).
Das mit dem komplett durchfrieren ist auch blödsinn ..
Wenn man die Flasche nach frieren kräftigt schüttelt sieht man das das
nur ein Eischnee ist und das der ziemlich zusammenschnurrt durchs
schütteln..
Das ist ja auch klar denn es friert überall da sich die Flüssigkeit kaum
durchmischt während des frierens ..
Wers ned glaubt soll hier nach Stuttgart kommen.. Ich hab eine
Kühlanlage die schön homogen grosräumig im Flüssigkeitsbad
herunterkühlen kann .. kann man alles austesten ..
Gruß Chloros
Tanja Rahn #4770
> Hallo,
> das ist hier mehr eine allgemeine Frage, muss also nicht mit Formeln
> belegt werden....
>
> Nur wunderte mich mal wieder, als ich meine Selters gerade aus dem
> Kuehlschrank nahm und sie aufschraubte, dass sich wieder mal Eis
> gebildet hat. Ein altes Phaenomen was ich schon in der Kindheit
> bewundert habe, aber auch heute eigentlich noch keine wisenschaftliche
> Begruendung weiss.
>
> Also, wenn einer mal so nett sein koennte...
>
> Tanja
Hallo,
schon mal einen Dank fuer die zahlreichen Antworten. Nun gibt es bei Euch
untereinander ja Unstimmigkeiten....
Also, mir erscheint auch das Gefrieren durch Druckabnahme am
plausibelsten ( Stimme einer Unwissenenden). Da ich noch nicht die Zeit
hatte alle Eure Postings genau zu lesen, bin ich mir nicht ganz sicher,
was Ihr wissen wollt. Aber den Versuch kann ja jeder der eine Flasche
Sprudel und ein Gefrierfach hat, nachmachen.
Das wasser gefriert erst wenn man die Flasche oeffnet und nicht wenn man
sie schuettelt.
Also bei fallenden Druck....?
Tanja
Martin Rückert
Mirco Wahab schrieb:
[...]
> > Wenn man 1 l Wasser in unterkuehltem Zustand (also die ganze Zeit
> > fluessig) vollstaendig zum Einfrieren bringen will, _dann_ muss man
> > sie auf -80 Grad C abkuehlen um die dazu erforderliche Waermemenge
> > zu entziehen*.
>
> Das ist eine Stoffkonstante, die 'homogene Nukleationstemperatur',
> und die ist bei Wasser (und Standarddruck) TH = -38°C
[...]
Davon hab ich noch nie gehoert. Kannst Du mal erzaehlen, wo Du das her
hast und was es damit auf sich hat? Der Begriff "Nukleo-" macht mich in
diesem Zusammenhang ganz misstrauisch ?-o
Ungeachtet dessen ist eine andere Stoffkonstante die der Schmelz- bzw.
Erstarrungswaerme von Wasser. Die spezifische Schmelzwaerme von Wasser
ist 334 kJ/kg. Um 1 kg 0 Grad kaltem Wasser die zur vollstaendigen
Erstarrung notwendige Waermemenge zu entziehen, muss man es in
Temperaturausgleich mit 1 kg -79.724 Grad C kaltem Eis bringen. So ist
das garantiert korrekt formuliert.
Es ist moeglich, dass meine erste Formulierung (s.o.) insofern falsch
ist, als dass die beim langsamen Abkuehlen von Wasser im unterkuehlten
Zustand entzogenen Energie nicht _nur_ der Bewegungs- und
Schwingungsenergie der Molekuele (= mikroskopische Beschreibung der
Temperatur) entzogen wird. Ich bin kein Spezialist fuer unterkuehlte
Zustaende, aber kann mir durchaus vorstellen, dass in der Realitaet noch
andere Prozesse wie z.B. winzige Clusterbildungen stattfinden, bei denen
dann natuerlich Kristallisationswaerme frei werden wuerde, so dass die
notwendige Erstarrungswaerme bereits bei einer hoeheren Temperatur als
-80 Grad entzogen ist.
Lieben Gruß, Martin.
Martin Rückert
[...]
> was Ihr wissen wollt. Aber den Versuch kann ja jeder der eine Flasche
> Sprudel und ein Gefrierfach hat, nachmachen.
> Das wasser gefriert erst wenn man die Flasche oeffnet und nicht wenn
> man sie schuettelt.
2 x AHA: Die Flasche war im _Gefrierfach_ und das Ganze hat garnichts
mit Schuetteln zu tun (falsche Faehrte im Subject :-(
Jetzt wuerde mich nur noch interessieren, wieviel Eis sich gebildet hat
;-)
Je nach Gefrierfachtemperatur und Verweildauer der Flasche spielen dann
alle drei eroerterten Effekte in unterschiedlichem Masse eine Rolle:
1.) Die Gefrierpunktserniedrigung durch den Ueberdruck wird schlagartig
aufgehoben und ein kleiner Teil des Wassers gefriert. Durch die
freigewordene Kristallisationswaerme erhoeht sich die Wassertemperatur
auf 0 Grad.
2.) Durch die annaehernd adiabatische Expansion des CO2 sank dessen
Temperatur ( auf bis zu -61 Grad C, wie Juergen fuer ein sich ideal
verhaltendes Gas errechnet hat). Trotz schlechter Waermeleitfaehigkeit
kann das kalte Gas (in und ueber dem Wasser) eine kleine Waermemenge des
Wasser aufnehmen und damit einen kleinen Teil gefrieren.
3.) Das Wasser war moeglicherweise in einem unterkuehlten Zustand, d.h.
durch gewisse Hemmungseffekte bliebt die Eisbildung zunaechst
unterdrueckt. Beim Oeffnen bildeten sich durch (1), (2) und durch
CO2-Blaeschenbildung genuegend grosse Kristallisationskeime um die
Hemmung zu ueberwinden. Durch diesen Effekt laesst sich bei geeigneter
Temperatur die groesste Waermemenge entziehen und damit der groesste
Anteil an Eis bilden. Auch hier erhoeht sich die Wassertemperatur auf 0
Grad, da wohl auch Dein Gefrierfach keine -80 Grad C zustandebringt ;-)
Schoen, dass Du Dich noch gemeldet hast :-)
Mirco Wahab
ich hatte ein wenig in Wasser-Artikeln rumgeschmoekert, obwohl
ich eigentlich nicht auf dem Gebiet arbeite. Im Grunde moechte ich
ein simples effektives Wassermodell fuer meine Computersimulationen
(von Membranen) haben, welches moeglichst mit einem Parameter aus-
kommt.
Martin Rückert wrote:
> Mirco Wahab schrieb:
>> Martin Rückert wrote:
>>> sie auf -80 Grad C abkuehlen um die erforderliche Waermemenge
>>> zu entziehen
>> Das ist eine Stoffkonstante, die 'homogene Nukleationstemperatur',
>> und die ist bei Wasser (und Standarddruck) TH = -38°C
> Davon hab ich noch nie gehoert. Kannst Du mal erzaehlen, wo Du
> das her hast und was es damit auf sich hat? Der Begriff "Nukleo-"
> macht mich in diesem Zusammenhang ganz misstrauisch ?-o
So stiess ich also in /1/ (die fruehere 'Bunsenzeitung') in
einem Abschnitt ueber einen 'weissen Fleck' im Phasendiagramm
von Wasser (no man's land) auf besagte Angabe (Abschnitt V,
Section C), welche ich hier mal einfuege:
"When liquid water is supercooled below the homogeneous nucleation
temperature T(H) (-38°C at P = 1 atm). crystal phases nucleate
homogeneously, and the liquid freezes spontaneously to the
crystalline phase. When amorphous solid ice is heated, it
crystallizes above the crystallization temperature T(X)
(about -120°C at P = 1 atm). Therefore, amorphous forms of H2O
do not exist in the "no man's land" between T(H) and T(X)."
So nahm ich naiverweise an, besagte Konstante haette bereits
Eingang in die physikochemischen Tabellenwerke gefunden, ohne
das wirklich nachzupruefen.
> Ungeachtet dessen ist eine andere Stoffkonstante die der Schmelz-
> bzw. Erstarrungswaerme von Wasser. Die spezifische Schmelzwaerme
> von Wasser ist 334 kJ/kg.
OK, allerdings steigt C(P) mit sinkender Temperatur an wie
das Boese, so dass eine lineare Extrapolation nicht gut moeglich
ist.
> Um 1 kg 0 Grad kaltem Wasser die zur vollstaendigen
> Erstarrung notwendige Waermemenge zu entziehen, muss man es in
> Temperaturausgleich mit 1 kg -79.724 Grad C kaltem Eis bringen.
> So ist das garantiert korrekt formuliert.
Wenn die Waermekapazitaet sich nicht wesentlich mit der
Temperatur aendert, ja (oder habe ich hier etwas voellig
falsch interpretiert?)
> Es ist moeglich, dass meine erste Formulierung insofern falsch
> ist, als dass die beim langsamen Abkuehlen von Wasser im
> unterkuehlten Zustand entzogenen Energie nicht _nur_ der
> Bewegungs- und Schwingungsenergie der Molekuele entzogen wird. ...
> ... aber kann mir durchaus vorstellen, dass in der Realitaet noch
> andere Prozesse wie z.B. winzige Clusterbildungen stattfinden, bei
> denen dann natuerlich Kristallisationswaerme frei werden wuerde,
> so dass die notwendige Erstarrungswaerme bereits bei einer hoeheren
> Temperatur als -80 Grad entzogen ist.
Sowas wird es sein, es werden schon strukturelle Umwandlungen im
unterkuehlten Wasser auftreten, die bereits eine gewisse
Waermemenge kosten.
Viele Gruesse
Mirco
/1/ H.E.Stanley et.al., "The puzzling behavior of water at very low
temperature", Phys. Chem. Chem. Phys. 2 (2000) 1551-1558
Tanja Rahn #4770
Ich habe von der Arbeit aus gepostet und gelesen... am Freitag war
ich krank.... Ausserdem konnte ich und wollte auch nicht mehr die Enddiskussion
verfolgen, da es mir dann doch zu hochgestochen wurde (Ursprungsposting...
die Bitte nicht mit Formeln herumzuschmeissen.) Ausserdem dachte ich, da
ich das mit der Selter schon als Kind beobachtet habe, dass andere dieses
Phaenomen auch kennen...und wissen was ich meinte. Entschuldige, dass mein
Subject nicht eindeutig war.
Ausserdem ist mir die Flasche letztens gerforen, wo ich sie im Kuehlschrank hatte, da gefror aber nur das Wasser im Flaschenhals. Danach wollte ich es meinen Kollegen vorfuhren, und wegen des besseren Effekts stellte ich sie in's Eisfach. Wo sich dann auch komplett Eis gebildet hat. Mach's ruhig mal nach... sieht nett aus.
Gruss,
Tanja
Martin.---
Alles ist in Fluss. - In die gleichen Stroeme steigen und steigen wir
nicht; wir sind es und sind es nicht.
__/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\_/\__
Martin Rueckert Mailto:martin....@onlinehome.de.N.o.S.p.a.m
-- ------------------------------------------------------------------- ----- Tanja Rahn -- Alcatel SEL AG -- VB/EAA2 ISUP Signalling ----- -------- Phone: +49 30 7002 4770 -- Fax: +49 30 7002 3737 --------- - Intranet: http://aww.bln.sel.alcatel.de/s12/public/vbeapub/ss43 -
Martin Rückert
[...]
> "When liquid water is supercooled below the homogeneous nucleation
> temperature T(H) (-38°C at P = 1 atm). crystal phases nucleate
> homogeneously, and the liquid freezes spontaneously to the
Aha. Richtig uebersetzt heisst das aber "Kistallisationskernbildungs-
Temperatur". Der Abschnitt bestaetigt meinen Verdacht, den ich schon
Roland gegenueber geaeussert hatte, dass man Wasser real nicht beliebig
tief unterkuehlen kann. Bei -38 Grad C wird die Hemmmung der Bildung von
Kistallisationskernen ueberwunden. Da dann anscheinend alles Wasser
gefriert, finden wohl noch strukturelle Umwandlungen waehrend der
Abkuehlung statt...
> > Ungeachtet dessen ist eine andere Stoffkonstante die der Schmelz-
> > bzw. Erstarrungswaerme von Wasser. Die spezifische Schmelzwaerme
> > von Wasser ist 334 kJ/kg.
>
> OK, allerdings steigt C(P) mit sinkender Temperatur an wie
> das Boese, so dass eine lineare Extrapolation nicht gut moeglich
> ist.
>
> > Um 1 kg 0 Grad kaltem Wasser die zur vollstaendigen
> > Erstarrung notwendige Waermemenge zu entziehen, muss man es in
> > Temperaturausgleich mit 1 kg -79.724 Grad C kaltem Eis bringen.
> > So ist das garantiert korrekt formuliert.
>
> Wenn die Waermekapazitaet sich nicht wesentlich mit der
> Temperatur aendert, ja (oder habe ich hier etwas voellig
> falsch interpretiert?)
[...]
Du hast insofern recht, als dass ich den c_v -Wert von Wasser (4.182
kJ/kg*K) in die Rechnung gesetzt habe und dann die so berechnete
Temperatur faelschlicherweise auf Eis angewendet habe :-((
Damit haette ich nur so formulieren duerfen, wie Juergen das korrekt
getan hat (-> 80 Grad C heisses Wasser).
Andererseit _sinkt_ der c-Wert von Festkoerpern mit sinkender Temperatur
und steigt nicht (siehe Lehrbuecher zu Physikal. Chemie). Ich hab zwar
keine Messkurve c(T) fuer Eis gefunden, aber wenn ich mal als erste
Abschaetzung den Wert fuer 0 Grad C nehme, c = 2.1 kJ/kg*K, erhalte ich
(man ahnt es schon), dass man einen 1 kg Eisblock auf _mindestens_ -160
Grad C kuehlen muss, um damit 1 kg 0 Grad warmes Wasser durch
Temperaturaustausch vollstaendig zum Gefrieren zu bringen.
Hab ich jetzt wieder was falsch gemacht?
Lieben Gruß, Martin.
Ulrich Wolf
[Volle Flasche...]
> in's Eisfach. Wo sich dann auch komplett Eis gebildet hat. Mach's ruhig mal
> nach... sieht nett aus.
Und ich stell mir jetzt vor wie dutzende Leser von d.s.p tagelange
Messreihen in ihrem Kuehlschrank fahren...:-)
Ich meinesteils werde jetzt mal bei -18°C ein paar Tests machen (vielleicht
kann ich meine Frau auch ueberreden, den Gefrierschrank mal leerzuraeumen,
dann kann ich Messreihen bei verschiedenen Temperaturen machen). Hinterher
meld ich mich dann bei Jugend forscht an...:-)
Ciao
U3
P.S.: Vorscihtshalber werd ich aba Kunststoffflaschen benutzen....
--
Ulrich Wolf |
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