Wasser ist eine der häufigsten Substanzen auf der Erde und zugleich eine der wichtigsten. Es gibt jedoch einige interessante Eigenschaften, die Wasser von anderen Flüssigkeiten unterscheiden. Eine dieser Eigenschaften ist, dass Wasser bei 0 Grad Celsius zu Eis gefriert. Aber kann Wasser bei Minusgraden flüssig bleiben?
Die Antwort ist ja, unter bestimmten Bedingungen kann Wasser bei Minusgraden flüssig bleiben. Wenn Wasser in Bewegung ist, beispielsweise wenn es fließt oder gewellt wird, kann es bis zu -40 Grad Celsius flüssig bleiben. Dies liegt daran, dass das Wasser in Bewegung bleibt und somit nicht lange genug an einem Ort bleibt, um zu frieren. Wenn das Wasser jedoch stillsteht, kann es bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu Eis gefrieren.
Wenn Wasser zu Eis gefriert, geschieht dies normalerweise schlagartig. Dies liegt daran, dass Wasser eine Anomalie aufweist, die als Dichte-Anomalie bezeichnet wird. Wasser erreicht seine höchste Dichte bei 4 Grad Celsius und dehnt sich aus, wenn es zu Eis gefriert. Wenn sich das Wasser abkühlt, sinkt seine Dichte, bis es bei 4 Grad Celsius am dichtesten ist. Wenn das Wasser auf 0 Grad Celsius abkühlt, beginnt es zu frieren und die Dichte nimmt weiter ab. Dies führt dazu, dass Eis auf Wasser schwimmt. Da Eis weniger dicht ist als Wasser, bildet sich eine Isolationsschicht, die das Wasser unter dem Eis vor weiterem Einfrieren schützt.
Der Tripelpunkt ist der Punkt, an dem alle drei Aggregatzustände von Wasser (fest, flüssig und gasförmig) gleichzeitig vorhanden sind. Dieser Punkt tritt bei einer Temperatur von 0,01 Grad Celsius und einem Druck von 611,73 Pa auf. Am Tripelpunkt können Eis, flüssiges Wasser und Wasserdampf gleichzeitig existieren. Das Wasser kann jedoch nicht bei Temperaturen unterhalb des Tripelpunkts flüssig bleiben, da es sofort zu Eis gefrieren würde.
Die Anomalie von Wasser bezieht sich auf die ungewöhnlichen physikalischen Eigenschaften von Wasser im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten. Ein Beispiel dafür ist die Dichteanomalie, bei der Wasser bei 4 Grad Celsius seine höchste Dichte erreicht und dann bei weiterem Abkühlen dünner wird. Diese Anomalie hat Auswirkungen auf das Klima und die Ökosysteme, da sie dazu beiträgt, dass sich Gewässer im Winter nicht vollständig einfrieren und somit Fische und andere Wasserlebewesen vor dem Einfrieren schützt.
Es gibt tatsächlich eine Flüssigkeit, die nicht gefrieren kann – flüssiges Helium. Bei einem Druck von etwa 25 Atmosphären und Temperaturen unterhalb von 2,17 Kelvin (-271,98 Grad Celsius) wird Helium zu einer Supraflüssigkeit, die keiner Viskosität unterliegt und nicht einfrieren kann. Dies liegt daran, dass Helium bei diesen Bedingungen zu einem Bose-Einstein-Kondensat wird, einem Zustand, in dem sich alle Atome in einem einzigen quantenmechanischen Zustand befinden.
Wasser gefriert nicht bei 0 Grad, weil es dafür auch eine gewisse Menge an Energie benötigt, um die Moleküle zu ordnen und das Wasser zu einem festen Zustand zu bringen. Diese Energie wird in Form von latenter Wärme abgegeben, wenn Wasser von flüssigem zu festem Zustand übergeht. Das bedeutet, dass das Wasser bei 0 Grad zwar sehr nahe am Gefrierpunkt liegt, aber es immer noch genug energetische Bewegung gibt, um eine Kristallisation zu verhindern.
Wasser gefriert bei 4 Grad nicht, sondern bei 0 Grad Celsius. Bei 4 Grad Celsius hat Wasser seine höchste Dichte, was bedeutet, dass es bei dieser Temperatur am schwersten ist und sich auf dem Grund von Gewässern ansammelt.
Ja, Wasser kann bei 1 Grad Celsius gefrieren.