Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes? Der Mpemba-Effekt

Der Mpemba-Effekt im Video
Der Mpemba-Effekt im Video So schnell gefriert heißes Wasser 00:53

Wie funktioniert der sogeannte Mpemba-Effekt?

Wenn es draußen richtig kalt ist, können Sie ein interessantes Phänomen ausprobieren: Den Mpemba-Effekt. Bei heftigen Minusgraden werfe man heißes Wasser in die Luft und siehe da: Es gefriert sofort. Viel schneller als kaltes Wasser. Unter bestimmten Bedingungen gefriert erhitztes Wasser tatsächlich schneller als das vergleichsweise kältere.

Der Mpemba-Effekt
Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes. © oliver-marc steffen - Fotolia, Oliver-Marc Steffen

Warum das so ist? Ein großes Rätsel. Hier ein Klärungsversuch.

Verantwortlich für dieses Paradoxon zeigt sich der sogenannte Mpemba-Effekt. Bereits Aristoteles hatte seinerzeit Bekanntschaft mit diesem Phänomen gemacht. Auch den Philosophen und Wissenschaftlern Bacon und Descartes lief dieser Effekt über den Weg, einen wirklichen Reim darauf konnten sie sich allerdings nicht machen und so geriet diese wissenschaftliche Frage mehr oder weniger wieder in Vergessenheit. Erst 1963 entdeckte Erasto B. Mpemba aus Tansania (damals noch Schüler) bei dem Versuch, Speiseeis herzustellen, diesen schließlich nach ihm benannten Effekt wieder.

Bis heute sind sich die Wissenschaftler uneinig über die genaue Ursache des Mpemba-Effekts, was sich in zahlreichen Theorien über diesen Sachverhalt widerspiegelt. Die wohl derzeit stärkste Theorie sieht als Hauptgrund die Verdunstung. Diese ist bei heißem Wasser stärker als bei kaltem, da dem heißen Wasser grob gesagt mehr Energie für die Verdunstung zur Verfügung steht als dem kalten. Bei gleicher Ausgangsmenge und Umgebungstemperatur (logischerweise unter 0 Grad) ist also bei Erreichen des Gefrierpunkts die Menge des ursprünglich heißen Wassers kleiner als die des nicht erhitzten Wassers. Da eine geringere Wassermenge weniger Wärme speichern kann als eine größere Wassermenge, gefriert diese geringere Menge auch schneller als die vergleichsweise größere und ursprünglich kältere.

Eine weitere Theorie besagt, dass im Wasser gelöste Salze dafür verantwortlich sind. Beginnt Wasser zu gefrieren, erhöht sich der Salzgehalt der noch flüssigen Wassermenge, wodurch der Gefrierpunkt des Wassers gesenkt wird (ähnlich wie beim Salzen der Straßen im Winter). Bei heißem Wasser fallen die Salze dagegen aus, d.h. sie setzen sich ab und verlieren dadurch ihren hinderlichen Einfluss auf den Gefrierprozess.

Weitgehend einig sind sich die Wissenschaftler hingegen, dass das Eintreten des Mpemba-Effekts stark von der verwendeten Menge, Oberfläche, Tiefe sowie der ursprünglichen Temperatur des Wassers und der Umgebungstemperatur abhängt.

Mit Material vom DWD