Der Salzkühlschrank (Folge 57)

Benötigt wird

Experiment

In die erste Schüssel wird Wasser gefüllt, in die zweite Crushed-Ice, in die dritte ebenfalls Eis. Zuerst wird die Temperatur des Wassers gemessen. Dann wird Salz (ca.30g Salz pro 100g Wasser) in das Wasser geben und dabei kontinuierlich die Temperatur gemessen. Es ist zu beobachten, dass die Temperatur um wenige Grad Celcius sinkt. Das zweite Gefäß, welches mit Eis gefüllt ist, bleibt unverändert. Im dritten Gefäß gibt man Salz auf das zerkleinerte Eis (ca. 30g Salz pro 100g Eis) und rührt kräftig mit einem großen Löffel durch. Dann werden drei Getränkeflaschen in die drei Behälter gestellt und man wartet 5-10 Minuten. Am besten öffnet man die Flaschen vorher, um mögliches Platzen der Flaschen zu verhindern. Ohne Getränkeflaschen kann man auch nur die Temperatur der einzelnen Behäter messen. Da Gefrierschränke das Eis auf unter 0°C abkühen, sollte man im zweiten Gefäß ein Eis/Wasser-Gemisch verwenden (100g Wasser und 100g Eis) damit die Temperatur wie zu erwarten 0°C entspricht. Die Temperatur im Eis/Kochsalz-Gemisch kann theoretisch auf bis zu -21°C gesenkt werden. Ohne Probleme lassen sich im praktischen Aufbau -15 bis -20°C realsieren.

Warum?

Die Frage bei diesem Experiment ist, wie Getränke möglichst schnell gekühlt werden. Die Kältemischung die hier aus Eis und Salz verwendet werden ist schon bei den Römern bekannt gewesen. Die lagerten große Eisblöcke in Kellern ein, und stellten fest das diese länger "haltbar" waren, wenn man die Salzkristalle, welche sich an den Wänden bildeten auf das Eis legte. Verantwortlich für dieses Phänomen ist der endotherme Wärmeeffekt. Die entstehende Lösung aus Eis/Wasser und Salz weißt eine geringere Temperatur auf als das Eis zuvor. Beim Lösevorgang des Salzes im Wasser wird das Salzgitter aufgebrochen. Diese Energie wird der Umgebung entzogen, somit kühlt das Wasser/Eis auf unter 0°C ab. Dem entgegen wirkt die Hydrationsenergie, welche freiw ird, wenn sich Wasser um freie Ionen anlagert. Diese Energie wird der Umgebung wieder zugeführt. Wird mehr Energie zum Aufbrechen des Gitters benötigt als durch die Hydrationsenergie gewonnen wird, spricht man von einem endothermen Vorgang. Beispiele sind Natriumchlorid (Kochsalz) oder Calciumchlorid. Wird mehr Energie durch die Hydratisierung frei, als zum Aufbrechen des Gitters benötigt wird, spricht man von einem exothermen Vorgang und die Lösung wird warm. Ein gutes Beispiel dafür ist Natriumhydroxid.

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