Die Schmelzwärme von Wasser weist ein Maximum bei -17 Grad Celsius auf
Die Schmelzwärme zeigt ein Maximum bei unterkühlten Temperaturen statt am normalen Schmelzpunkt.
Wissenschaftliche Erklärung
Die Schmelzwärme (Schmelzenthalpie) gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um Eis in flüssiges Wasser umzuwandeln. Am normalen Schmelzpunkt von 0 Grad Celsius beträgt sie etwa 6,0 Kilojoule pro Mol. Überraschenderweise ist dies nicht der Maximalwert: Unter Druck, wenn Wasser erst bei tieferen Temperaturen schmilzt, steigt die Schmelzenthalpie und erreicht bei etwa minus 17 Grad Celsius ihr Maximum.
Dieses Verhalten entsteht durch den wachsenden Unterschied zwischen der Struktur von Eis und der von unterkühltem flüssigem Wasser. Bei minus 17 Grad Celsius ist das Eis bereits dichter gepackt und sein Kristallgitter stabiler, während das unterkühlte flüssige Wasser eine zunehmend offene, eisähnliche Nahordnung annimmt. Der energetische Abstand zwischen den beiden Phasen ist bei dieser Temperatur am grössten.
Unterhalb von minus 17 Grad Celsius nähern sich die Strukturen der flüssigen und der festen Phase wieder an — das flüssige Wasser wird dem Eis immer ähnlicher. Dadurch sinkt die Schmelzenthalpie wieder, bis sie schliesslich bei der Temperatur des hypothetischen zweiten kritischen Punktes gegen null gehen würde.
Alltagsrelevanz
Dieses Maximum hat praktische Bedeutung für die Gefriertechnik und die Lebensmittelkonservierung. Beim Schockfrosten von Lebensmitteln durchlaufen die Eiskristalle genau diesen Temperaturbereich. Die erhöhte Schmelzwärme bei minus 17 Grad Celsius bedeutet, dass in diesem Bereich besonders viel Energie abgeführt werden muss — ein Aspekt, der bei der Auslegung von Kühlsystemen berücksichtigt wird.