Schnee, Eis- und Schnee-Experimente (2017)

Schnee-Vergnügen

Wenn der erste Schnee fällt, ist die Freude bei vielen Menschen groß; denn er ermöglicht in der kalten Jahreszeit besondere Freizeitvergnügen: Rodeln, Skifahren, Schneemänner bauen, Snowboarden, auch mal im Schnee spazieren gehen, joggen, biken. Außerdem sieht die verschneite Natur  wunderschön aus, werden Geräusche gedämpft und ist es in der dunklen Jahreszeit dann so wunderbar hell.

Was ist Schnee?

Schnee besteht aus vielen kleinen Eiskristallen zwischen denen Luft eingeschlossen ist. Deshalb lässt er sich im Gegensatz zu Eis auch durch Druck zusammenpressen. Es gibt viele Arten von Schnee je nach Alter und Feuchtigkeit wie z.B. Neuschnee, mit feinen verzweigten Eiskristallen, Feuchtschnee, der unter Druck gut zusammenhält und sich daher prima für Schneemänner und Schneebälle eignet, Pulverschnee, der kaum zusammenhält etc.. Im Reiseführer "Schneehoehen" sind zehn verschieden Schneearten beschrieben und besonders beeindruckt hat mich wie vielfältig die Inuit die Schneearten erleben und beschreiben können in dem Roman Fräulein Smillas Gespür für Schnee . Weiß erscheint uns der Schnee dadurch, dass er das weiße Licht reflektiert.

Wie entsteht Schnee?

Wichtige Voraussetzungen sind eine ausreichend hohe Luftfeuchtigkeit und relativ niedrige Temperaturen. Im Gegensatz zu Eis, das wir durch Gefrieren von Wasser herstellen können, bildet sich Schnee aus Wasserdampf, der beim Abkühlen zu Wassertropfen kondensiert (flüssig wird), die bei weiterer Abkühlung an Kristallisationskeimen gefrieren. An den Kristallisationskeimen wie Staub, Schmutzteilchen oder Rußpartikel entstehen dann sechseckige Kristalle, die je nach Bedingungen mehr oder weniger wachsen. Die Schneeflocken, die aus vielen Eiskristallen gebildet werden, sind um so kleiner je tiefer die Temperaturen sind und dann eher prismen- oder plättchenförmig und bei höheren Temperaturen, ab -5°C, entstehen besonders große Schneeflocken und eher sternenförmige Kristalle. "Solange die kleinen Eiskristalle und größeren Schneeflocken in einer Wolke mit hoher Luftfeuchtigkeit und niedrigen Temperaturen herumwirbeln, wachsen sie weiter. Die Luftfeuchtigkeit wird mehr oder weniger verbraucht, die Schneeflocken aber werden durch die relative große Menge an gefrorenem Wasser immer schwerer. Sie sinken zu Boden und verlassen damit den Bereich, in welchem so gute Wachstumsbedingungen herrschten. Das Kristallwachstum an Schneeflocken begrenzt sich damit von selbst." (kids and science)

Erklärungen zu Eis- und Schnee-Experimenten

In meinem letzten Artikel habe ich geschrieben, dass aus mehr als 100ml Schnee durch Schmelzen 40ml Wasser entstehen. Wie ist das zu erklären?

Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, das mit zwei Wasserstoffatomen verbunden ist. Sauerstoff (O) steht in der 6. Gruppe des Periodensystems und hat eine relativ hohe Elektronegativität (3,5), also eine relativ große Fähigkeit in einer Bindung Elektronen anzuziehen;  Wasserstoff (H) steht in der 1. Gruppe und hat eine relativ niedrige Elektronegativität (2,1). Da der Sauerstoff das gemeinsame Elektronenpaar also näher anzieht, trägt er eine negative Partialladung und Wasserstoff eine positive Partialladung. Da das Wassermolekül gewinkelt ist, entsteht somit ein Dipol. "Weil Wassermoleküle Dipole sind, besitzen sie ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte und können sich durch Wasserstoffbrückenbindung zu Clustern zusammenlagern. Dabei handelt es sich nicht um beständige, feste Verkettungen. Der Verbund über Wasserstoffbrückenbindungen besteht nur für Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut – mit anderen Wassermolekülen – verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung von variablen Clustern. Diese Vorgänge bewirken die besonderen Eigenschaften des Wassers." (wikipedia) Diese Wasserstoffbrückenbindungen und die daraus resultierende Anomalie des Wassers ist in dem folgenden Video anschaulich beschrieben, das ich auch schon in meinem Artikel: "Sommerzeit, Eis-Zeit, Zeit für Eis-Exprimente und Eis-Rezepte" verwandt habe. In diesem Artikel stehen auch noch weitere Experimente und Erklärungen: Eisberge im Glas, Eis-Ausdehnung, Deformation durch Eis.

Eis-Experimente mit Salz

Da schon seit Wochen die Temperaturen nachts unter 0°C sinken und auch tagsüber nur wenig über 0°C steigen, lässt sich gut mit Eis und Schnee experimentieren.

Ich habe ein Glasgefäß mit Leitungswasser und eines mit Salzwasser nachts draußen stehen lassen und am nächsten Morgen war das Leitungswasser gefroren, das Salzwasser nicht.

Heute morgen habe ich drei Eiswürfel nach draußen gestellt: Auf einen habe ich Salz gestreut, auf einen Zucker und einen habe ich unbehandelt draußen bei knapp über 0°C stehen lassen.