Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes Wasser?

Wissenschaftler konnten berechnen, dass heißes Wasser in einem Gefrierschrank unter bestimmten Umständen tatsächlich schneller gefriert als kälteres Wasser, da heißes Wasser seine Energie exponentiell schneller überträgt.

Es mag paradox klingen, kann aber auch mit einem einfachen Experiment zu Hause bestätigt werden: Heißes Wasser gefriert bei Raumtemperatur schneller als Wasser. Diese Tatsache wurde seit der Antike und von berühmten Wissenschaftlern wie Aristoteles oder Descartes beobachtet, wird aber zu Ehren von Erasto Mpempa, einem Studenten aus Tansania, der sie 1963 beschrieb, als Mpempa-Phänomen bezeichnet.

Im Laufe der Zeit haben Wissenschaftler Dutzende von Erklärungen für das Phänomen vorgeschlagen, was den Grundgesetzen der Thermodynamik zu widersprechen scheint, aber keine Theorie wurde als endgültige Antwort angenommen. Tatsächlich kündigte die Royal Society of Chemistry in Großbritannien 2012 an, dass sie jedem, der es geschafft hat, das Phänomen zufriedenstellend zu erklären, in einem Wettbewerb, an dem 22.000 Personen teilnahmen, einen Preis von 1.000 Pfund verleihen würde. Obwohl der Preis an Nikola Brekovic vergeben wurde, wurde das Problem nicht als vollständig geklärt angesehen.

Zwei Physiker vom Nanyang Polytechnic in Singapur glauben jedoch, eine umfassende Erklärung des Phänomens gefunden zu haben, die die besonderen Wechselwirkungen zwischen Wassermolekülen berücksichtigt.

Jedes Wassermolekül bindet an seine Nachbarn mit einer elektromagnetischen Bindung, die als Wasserstoffbindung bezeichnet wird. Tatsächlich ist es nicht nur für die hohe Oberflächenspannung von Wasser verantwortlich, sondern auch für den hohen Siedepunkt von Wasser im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten.

Dr. Sun Changqing und Dr. Xi Zhang gingen noch einen Schritt weiter, da Wasserstoffbrückenbindungen auch die Art und Weise regulieren, wie Wasser Energie speichert und freisetzt. Demnach hängt die Geschwindigkeit der Energieänderung in Wassermolekülen von ihrem Ausgangszustand ab.

Insbesondere beim Erhitzen von Wasser interagieren Wasserstoffbrücken mit kovalenten Bindungen, die auch an Wassermolekülen beteiligt sind, wodurch letztere schrumpfen und beim Erhitzen Energie speichern. Diese Kontraktion während des Erhitzens führt zu einer exponentiell schnelleren Energiefreisetzung während des Abkühlens im Vergleich zu dem kälteren Wasser, in dem die kovalenten Bindungen nicht komprimiert werden. Vor diesem Hintergrund konnten sie berechnen, wie heißes Wasser in einem Gefrierschrank unter bestimmten Umständen tatsächlich schneller gefriert als kälteres Wasser, da heißes Wasser seine Energie exponentiell schneller überträgt.

Die Forschung der beiden Wissenschaftler wurde in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

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Quelle: naftemporiki.gr

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