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Neuer Wasserstand entdeckt

26.09.2020

Unterkühltes Wasser ist zwei Flüssigkeiten in einer. Zu diesem Schluss kamen amerikanische Forscher, nachdem sie erstmals Messungen an flüssigem Wasser bei Temperaturen weit unter dem üblichen Gefrierpunkt durchgeführt hatten.

Trotz der extrem weiten Verbreitung ist Wasser als chemischer Stoff noch immer nicht vollständig verstanden. Wissenschaftler nennen es manchmal die mysteriöseste Substanz der Erde.

Tatsache ist, dass Wasser nicht wie andere Flüssigkeiten ist - wenn es gefriert, dehnt es sich aus und schrumpft nicht wie alle anderen, seine Dichte nimmt ab. Wassereis sinkt also nicht ab, sondern schwimmt an der Oberfläche. Wasser hat einen hohen Siedepunkt und ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel, daher lösen sich unter verschiedenen Bedingungen die meisten organischen und anorganischen Substanzen darin. Und schließlich hat es einen enormen Oberflächenspannungskoeffizienten. Dank all dieser einzigartigen Eigenschaften ist Wasser zur Grundlage des Lebens auf der Erde geworden.

Wasser hat noch eine weitere interessante Eigenschaft - es gefriert sehr "widerwillig". Wenn andere Flüssigkeiten beginnen, sich allmählich zu verfestigen, unmittelbar nachdem sie den Gefrierpunkt überschritten haben, "widersteht" Wasser bis zuletzt. Und um mit dem Aushärten zu beginnen, braucht es immer Kristallisationskeime - Schwebeteilchen mineralischen oder organischen Ursprungs.

Forscher des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) des US-Energieministeriums beschlossen, zu testen, bis zu welcher Temperatur das Wasser flüssig bleibt, wenn solche Partikel nicht vorhanden sind.

Es ist bekannt, dass Wasser in Form von unterkühlten Tropfen auch bei sehr niedrigen Temperaturen in Wolken vorhanden sein kann, und wenn dann von oben, aus höheren und kälteren Schichten, feiner Eisstaub in diese Wolken gelangt, kristallisieren die Tropfen sofort und fallen zu den Wolken Boden in Form von Eispellets oder Hagel.

Wissenschaftler im Labor zerstörten einen dünnen Eisfilm mit einem Laser, erzeugten unterkühltes flüssiges Wasser und verfolgten dann mit Infrarotspektroskopie alle kleinsten Stadien seiner Umwandlungen im Temperaturbereich von 135 bis 245 Kelvin - von minus 138 bis minus 28 Grad Celsius.

Auf Standbildern der Phasenzustände sahen die Wissenschaftler, dass Wasser bei Unterkühlung zu einer dichten flüssigen Phase kondensiert, die weiterhin mit der normalen flüssigen Phase koexistiert. Gleichzeitig nimmt der Anteil an Flüssigkeit mit hoher Dichte mit steigender Temperatur von 190 auf 245 Kelvin stark ab.

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