Gefrierpunktserniedrigung und Kältemischungen

Jeder hat schon einmal gehört, was im Winter gegen Glatteis auf den Straßen unternommen wird: Es wird Salz gestreut.

Aber was passiert dabei eigentlich und was steckt dahinter?

Reines Wasser gefriert bei 0°C. Wenn aber ein anderer Stoff im Wasser aufgelöst wird, verhält sich die Lösung beim Abkühlen anders: Sie bleibt bei 0°C noch flüssig und wird erst bei einer tieferen Temperatur fest. Der Gefrierpunkt der Lösung ist im Vergleich zum reinen Wasser erniedrigt.

Dieser Effekt tritt immer auf, egal welcher Stoff im Wasser gelöst wurde. Der Grund dafür ist, dass die gelösten Teilchen als Fremdkörper die Wassermoleküle bei der Ausbildung der Kristallstruktur des Eises behindern.

Was passiert bei der Salzstreuung im Winter?

Aus dem Eis und dem Salz bildet sich eine Salzlösung, die im Gegensatz zum reinen Wasser auch bei Temperaturen unter 0°C flüssig bleibt. Das gefährliche Glatteis auf den Straßen wird also "beseitigt", indem man es in eine Flüssigkeit umwandelt. Meistens verwendet man zum Streuen Natriumchlorid, also Kochsalz, aber auch andere Salze können eingesetzt werden.

Auch Mischungen von Wasser und verschiedenen Alkoholen haben einen tieferen Gefrierpunkt als reines Wasser. Solche Gemische werden im Auto als Frostschutzmittel für das Kühlwasser und die Scheibenwaschanlage und auf Flughäfen zur Enteisung der Flugpisten verwendet.

Kältemischungen:

Beim Mischen von festem Eis und festem Salz entsteht also eine flüssige Lösung. Dabei beobachtet man ein interessantes Phänomen: Die Mischung kühlt sich während des Lösevorgangs stark ab. Das liegt daran, dass erstens zum Auflösen der Salzkristalle und zweitens zum Verflüssigen des Eises Energie gebraucht wird. Diese Energie wird aus der Umgebung entnommen, indem ihr Wärme entzogen wird; dadurch sinkt die Temperatur des Gemisches ab.

Mischungen von Stoffen mit dieser Eigenschaft werden Kältemischungen genannt; mit ihnen kann man Kälte erzeugen.

Ein Beispiel ist die schon erwähnte Mischung von Eis und Natriumchlorid: Mit gut zerkleinertem Eis und Kochsalz (am besten im Mengenverhältnis 3:1) kann man Temperaturen von weniger als -20°C erreichen!

Dabei überzieht sich das Gefäß außen mit einer Raureifschicht, weil bei der tiefen Temperatur Wasserdampf aus der Luft an der Gefäßwand erstarrt.

Früher, als es noch keine Gefrierschränke gab, hat man solche Kältemischungen verwendet, um Speiseeis herzustellen!