Wie reines Eis wirklich entsteht

25. November 2011, 12:05
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Weist Wasser keine Verunreinigungen auf, gefriert es erst bei minus 48 Grad Celsius

London/Wien - Null Grad Celsius ist die Temperatur, bei der Wasser gefriert. So lernt man es in der Schule - und im Prinzip stimmt das auch. Fehlen der Flüssigkeit allerdings jegliche Verunreinigungen, dann bleibt es noch bei unter minus 40 Grad flüssig, hat ein Forscherinnenduo der University Utah im britischen Wissenschaftsmagazin Nature (Bd. 479, S. 506) errechnet.

Voraussetzung dafür, dass "normales" Wasser bei null Grad gefriert, sind Kristallisationskeime: Das können Schmutzpartikel ebenso sein wie andere Inhaltsstoffe, um die herum sich die Wassermoleküle anordnen. Ist das Wasser aber ganz rein, dann müssen die Moleküle, die aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom bestehen, selbst Kristallisationskeime für Eiskristalle bilden.

Wie das genau passiert, war der Wissenschaft bisher verschlossen geblieben: Frühere Simulationen waren nämlich zu langsam, um die Veränderungen bei der Anordnung einzelner Moleküle während der Abkühlung genau verfolgen zu können. Doch genau das ist Emily Moore und Valeria Molinero mit einem neuen, 200-mal schnelleren Modell nun gelungen.

Dabei zeigte sich, dass die reinen Wassermoleküle beim Abkühlen ab rund minus 30 Grad Celsius sich zunächst zu viert zu Tetraedern, also pyramidenartigen Strukturen zusammenschließen, einer Art Zwischenform zwischen flüssig und fest. Je tiefer die Temperatur sinkt, desto weniger werden die flüssigen Bestandteile in diesem "intermediären Eis", wie die Forscherinnen diesen Zwischenzustand nennen.

Erst bei minus 48,3 Grad Celsius waren dann keine flüssigen Bestandteile mehr erkennbar. Das Wasser war - zumindest im Modell - zu reinstem Eis geworden. (tasch)

  • Bei reinem Wasser schließen sich die H2O-Moleküle ab rund minus 30 Grad Celsius zunächst zu viert zu Tetraedern zusammen.
    foto: university of utah

    Bei reinem Wasser schließen sich die H2O-Moleküle ab rund minus 30 Grad Celsius zunächst zu viert zu Tetraedern zusammen.

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