Quelltext der Seite Mpemba-Effekt

{{QS-Physik|Unerledigt=2017}}
{{Belege fehlen}}
Der '''Mpemba-Effekt''' ist ein überraschendes und der Intuition widersprechendes Phänomen, bei dem unter geeigneten Bedingungen vormals heißes Wasser schneller [[Gefrieren|gefriert]] als zuvor kaltes Wasser. Benannt wurde der Effekt nach seinem „Wiederentdecker“ (1963), dem [[Tansania|tansanischen]] Schüler [[Erasto B. Mpemba]], der den Effekt durch eine Veröffentlichung 1969 international bekannt machte.<ref name="MpembaOsborne1969">{{Literatur |Autor=Erasto B. Mpemba, Denis G. Osborne |Hrsg=Institute of Physics IOP |Titel=Cool? |Sammelwerk=Physics Education |Band=4 |Nummer=3 |Verlag=IOP Publishing |Datum=1969-05-01 |ISSN=1361-6552 |Seiten=172–175 |Online=http://stacks.iop.org/0031-9120/4/i=3/a=312?key=crossref.00afbcef3e3f3962b5a6151946fc6e33 |DOI=10.1088/0031-9120/4/3/312}}</ref>

Das effektvolle Schütten kochenden Wassers in sehr kalte Luft ist '''nicht''' der klassische Mpemba-Effekt in der Physik.

== Geschichte ==
Von schnellerem Gefrieren erwärmten Wassers berichtete bereits im vierten vorchristlichen Jahrhundert der Philosoph [[Aristoteles]] als Beispiel für die von ihm postulierte Antiperistasis ({{grcS|ἀντιπερίστασις}}), nach der eine Qualität wächst, wenn sie von einer gegensätzlichen umgeben ist:
{{Zitat
 |Text=Zur Schnelligkeit des Gefrierens trägt es auch bei, wenn das Wasser vorher erwärmt ist; dann kühlt es nämlich schneller ab. Deshalb stellen viele Leute Wasser, das sie rasch abkühlen wollen, erst in die Sonne, und wenn die Bewohner der Pontusgegenden auf dem Eis ihre Hütten für den Fischfang aufschlagen (sie schlagen nämlich ein Loch in das Eis und fischen), dann schütten sie heißes Wasser auf ihre Angelruten, um sie rascher zu vereisen; sie benutzen nämlich Eis anstelle von Blei, um die Ruten ruhig zu stellen.
 |Quelle={{lang|grc|Μετεωρολογικά|(Meteorologika)}} 1.12
 |ref=<ref>[[Julius Ludwig Ideler]] (Hrsg.): ''{{lang|grc|Άριστοτέλους μετεωρολογικά}}. Aristotelis meteorologicorum''. Band 1, Friedrich Christian Wilhelm Vogel, Leipzig 1834, [http://books.google.de/books?id=VTc1AQAAMAAJ&pg=PA44 S. 44] (griechisch mit lateinischer Übersetzung); [[Ernst Grumach]], [[Hellmut Flashar]] (Hrsg.): ''Meteorologie/Über die Welt'', [[Aristoteles (Gesamtausgabe)|Aristoteles Werke]] 12.1./2., 3. Auflage, Akademie-Verlag, Berlin 1984, [http://books.google.de/books?id=1jXnBQAAQBAJ&pg=PA36 S. 30] (deutsche Übersetzung von [[Hans Strohm]])</ref>}}
Im 13. Jahrhundert diskutierte dies der Mönch und Philosoph [[Roger Bacon]] (''Opus Majus'' 6.1).<ref>John Henry Bridges (Hrsg.): ''The ‘Opus Majus’ of Roger Bacon'' Band 2, Clarendon, Oxford 1897, [//archive.org/stream/opusmajusofroger02baco#page/168/mode/2up S. 169] (lateinisch); ''The Opus Majus of Roger Bacon'' Band 2, Russell & Russell, New York 1962, [http://archive.org/stream/opusmajusofroger002065mbp#page/n183/mode/2up S. 584] (englische Übersetzung von Robert Belle Burke)</ref>

Im 17. Jahrhundert erwähnten die Philosophen und Wissenschaftler [[Francis Bacon]] (''[[Novum Organum]]'' 2.50)<ref>''Instauratio magna'' mit ''Novum Organum'', John Bill, London 1620, [http://books.google.de/books?id=SJMf6J7-fgQC&pg=PA345 S. 345] (lateinisch); ''Franz Baco’s Neues Organon'', L. Heimann, Berlin 1870, [http://books.google.de/books?id=ig1JAAAAcAAJ&pg=PA370 S. 370] (deutsche Übersetzung von [[Julius von Kirchmann|J. H. v. Kirchmann]])</ref> und [[René Descartes]] (''Les météores'' 1)<ref>''[[Discours de la méthode]]. La dioptrique. Les météores. La géométrie'', Ian Maire, Leiden 1637, [http://books.google.de/books?id=qDVp7m-3Ud0C&pg=PA164 S. 164] (französisch); ''Discourse on Method, Optics, Geometry, and Meteorology'', Hackett, Indianapolis 2001, [http://books.google.de/books?id=XKVvclclrnwC&pg=PA268 S. 268] (englische Übersetzung von Paul J. Olscamp)</ref> den Effekt.

1775 erschien eine Arbeit von dem schottischen Wissenschaftler [[Joseph Black]], in der er den Effekt anhand von Experimenten sicherstellte.<ref>{{cite journal|last1=Black|first1=Joseph|title=The Supposed Effect of Boiling upon Water, in Disposing It to Freeze More Readily, Ascertained by Experiments. By Joseph Black, M. D. Professor of Chemistry at Edinburgh, in a Letter to Sir John Pringle, Bart. P. R. S.|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society of London|date=1775-01-01|volume=65|pages=124–128|doi=10.1098/rstl.1775.0014}}</ref>

1788 bemerkte der erste deutsche Professor für Experimentalphysik [[Georg Christoph Lichtenberg]] bei eigenen Versuchen einen solchen Vorgang, konnte ihn aber nicht zuverlässig reproduzieren.<ref>[[Ludwig Christian Lichtenberg|Ludw. Christian Lichtenberg]], [[Friedrich Kries]] (Hrsg.): ''G. Ch. Lichtenberg’s vermischte Schriften'' Band 7, Ignaz Klang, Wien 1844, [http://books.google.de/books?id=ba1LAAAAcAAJ&pg=PA164 S. 164]; mit Bezug auf den Artikel ''Eis'' in [[Johann Samuel Traugott Gehler]]: ''Physikalisches Wörterbuch'' Band 1, Schwickert, Leipzig 1787, [http://archive.org/stream/bub_gb_dGdMAAAAcAAJ#page/n685/mode/2up S. 676]</ref>

1963 stieß der tansanische Schüler Erasto B. Mpemba auf das Phänomen, als er [[Speiseeis]] herstellte. Zusammen mit Denis G. Osborne veröffentlichte er 1969 die Ergebnisse zahlreicher Versuche zu diesem Thema.<ref name="MpembaOsborne1969" /> Jedoch dauerte es einige Jahre, bis der Effekt weiter wissenschaftlich untersucht wurde.<ref name="rsc">''{{Webarchiv |url=http://www.rsc.org/mpemba-competition/mpemba-competition-history.asp |text=The Mpemba Effect: A brief history. |wayback=20130603224848 |archiv-bot=2019-05-02 13:25:21 InternetArchiveBot}}'' Royal Society of Chemistry, 2013</ref>

2016 erschien ein Übersichtsartikel, der darstellt, dass der Effekt, in der Definition "Abkühlung bis zum Gefrierpunkt", nicht existiert.<ref>{{Literatur |Autor=Henry C. Burridge, Paul F. Linden |Titel=Questioning the Mpemba effect: hot water does not cool more quickly than cold |Sammelwerk=Scientific Reports |Band=6 |Nummer=1 |Datum=2016-11-24 |ISSN=2045-2322 |DOI=10.1038/srep37665 |Seiten=37665 |Online=https://www.nature.com/articles/srep37665 |Abruf=2021-01-13}}</ref>
== Ursache ==

Die Ursache dieses Paradoxons ist noch nicht vollständig wissenschaftlich erklärt. Es gibt Hypothesen, welche zum einen die wesentliche Ursache darin sehen, dass die Menge des wärmeren Wassers beim Abkühlen in einem offenen System durch [[Verdunstung]] im Vergleich zur Menge des kühleren Wassers überproportional abnimmt. Dies liegt daran, dass der [[Dampfdruck]] einer Flüssigkeit (zu dem wiederum die Geschwindigkeit der Verdampfung proportional ist) exponentiell mit der Temperatur ansteigt. Das heißt, dass bezogen auf die gleiche Zeiteinheit mehr heißes als kaltes Wasser verdampft ([[Augustsche Dampfdruckformel]]). Dadurch liegen – wenn beim Versuch offene Gefäße verwendet werden – beim Erreichen des Gefrierpunktes unterschiedliche Wassermengen vor, und zwar derart, dass die Menge des ursprünglich wärmeren Wassers kleiner ist als die Menge des ursprünglich kühleren Wassers, und eine geringere Wassermenge gefriert bei ansonsten gleichen Bedingungen immer schneller als eine größere Wassermenge. In Jugend-Forscht-Versuchen mit geschlossenen Gefäßen trat der Mpemba-Effekt unter ansonsten identischen Randbedingungen aber mit vergleichbarer Häufigkeit auf,<ref name="Schneider">{{Literatur |Autor=Julian Schneider |Titel=Der Mpemba-Effekt und seine Ursache |TitelErg=Untersuchungen zur Temperaturschichtung und zum Strömungsverhalten in gefrierenden Wasserproben |Hrsg=Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB |Sammelwerk=JungeWissenschaft |WerkErg=Jugend forscht in Natur und Technik |Band=110 |Verlag=Verlag Junge Wissenschaft |Ort=Düsseldorf |Datum=2016 |Sprache=de |Seiten=58–69 |Kommentar=[https://www.junge-wissenschaft.ptb.de/fileadmin/hefte/bis_2017/JuWi_110_2016.pdf Junge Wissenschaft Nr. 110 online] |Online=https://www.junge-wissenschaft.ptb.de/fileadmin/paper/bis_2017/pdf/juwi-110-2016-05.pdf |Format=PDF |KBytes=1275 |Abruf=2019-06-14}}</ref> was gegen Verdunstung als wesentliche Ursache spricht.

Zum anderen gibt es die Hypothese, dass im Wasser gelöste Salze (vor allem [[Hydrogencarbonate]]) bei hohen Temperaturen [[Fällungsreaktion|ausfallen]] (z.&nbsp;B. als [[Carbonate]]) und so keinen Einfluss mehr auf den Gefrierpunkt haben. Im kalten Wasser wächst die Konzentration der Salze im nach Kristallisationsbeginn noch flüssigen Wasser. Dies führt zu einer [[Gefrierpunktserniedrigung]]. Aber auch in Versuchen mit entsalztem Wasser trat der Mpemba-Effekt unter ansonsten identischen Randbedingungen etwa ebenso häufig auf, so dass gelöste Salze nicht die wesentliche Ursache sein können.<ref name="Schneider" />

Neuere Experimente deuten darauf hin, dass im Wasser gelöste Gase oder die bessere Wärmezirkulation bzw. -abgabe im heißen Wasser eine wesentliche Rolle spielen können.<ref name="Schneider" /> Möglicherweise tritt der Mpemba-Effekt viel seltener auf, als manche Experimentatoren glauben: Unterkühlte Proben, bei denen lediglich eine dünne Wasserschicht an den Gefäßwänden tatsächlich schon zu Eis erstarrt ist, können vollständig durchgefrorenen Proben täuschend ähnlich sehen und werden daher leicht falsch zugeordnet.<ref name="Auerbach1995">{{Literatur |Autor=David Auerbach |Titel=Supercooling and the Mpemba effect: When hot water freezes quicker than cold |Hrsg=American Association of Physics Teachers |Sammelwerk=American Journal of Physics |Band=63 |Nummer=10 |Verlag=AIP Publishing |Datum=1995-10 |ISSN=0002-9505 |DOI=10.1119/1.18059 |Seiten=882–885 |Online=http://robot-tag.com/evan/ajp-mpemba.pdf}}</ref>

Es gibt bisher keine Übereinstimmung in der wissenschaftlichen Diskussion darüber, welche Effekte unter speziellen experimentellen Bedingungen den wesentlichen Einfluss auf den Mpemba-Effekt haben. Dies ist bis heute strittig<ref name="Passig2008">{{Literatur |Autor=Kathrin Passig, Aleks Scholz |Titel=Lexikon des Unwissens : worauf es bisher keine Antwort gibt |Verlag=Rowohlt-Taschenbuch-Verlag rororo |Ort=Reinbek bei Hamburg |Datum=2008 |ISBN=978-3-499-62230-4 |Kapitel=Wasser |Seiten=239–242}}</ref><ref name="Nagels">{{Literatur |Autor=Philipp Nagels |Hrsg=Axel Springer SE |Titel=Mpemba-Effekt: Darum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes |Sammelwerk=welt.de > kmpkt |Datum=2018-03-01 |Online=https://www.welt.de/kmpkt/article160997632/Warum-heisses-Wasser-schneller-gefriert-als-kaltes.html |Abruf=2019-06-14}}</ref> und kann, auch aufgrund des spärlich vorliegenden und teilweise mit methodischen Mängeln behafteten Datenmaterials, noch nicht eindeutig beantwortet werden.

== Mpemba-Effekt und thermodynamische Systeme ==
=== Offenes System ===

Der Mpemba-Effekt lässt sich relativ leicht erklären, wenn ein [[Thermodynamisches System#Offenes System|offenes physikalisches System]] vorliegt. Charakteristisch für offene Systeme ist ein möglicher Stoff- und Wärmeaustausch des Systems mit seiner Umgebung, wobei die Umgebung im Falle eines offenen Systems per Definition nicht in die Massen- und Energiebilanz des Gesamtsystems miteinbezogen wird (oder anders ausgedrückt: die Umgebung ist kein relevanter Bestandteil des offenen Systems).
Beispiel: Das aus einem offenen Becherglas verdampfende Wasser entweicht in die Atmosphäre. Dadurch nimmt sowohl die Wassermenge im Glas, als auch die im Wasser enthaltene Wärmemenge ab, während gleichzeitig der Wasser- und Energiegehalt der Atmosphäre zunimmt. Diese Zunahme wird aber nicht berücksichtigt beziehungsweise quantifiziert, da die abgegebene Energie relativ zur Energie der Atmosphäre vernachlässigbar klein ist.

Thermodynamisch gesehen werden bei Experimenten in offenen Systemen mehrere [[Intensive Größe|intensive]] (massenunabhängige) und [[Extensive Größe|extensive]] (massenabhängige) Größen gleichzeitig verändert, wodurch die Messung und Interpretation von beobachteten Effekten naturgemäß erschwert wird.

=== Wesentliche Einflussparameter ===

'''Die anfänglichen absoluten Wassermengen'''

Diese dürfen nicht zu klein sein, damit das Wasser nicht vollständig verdunstet ist, bevor es den Gefrierpunkt erreicht hat.

'''Die anfänglichen absoluten Temperaturen der jeweiligen Wassermengen'''

Dabei begünstigt eine große Temperaturdifferenz zwischen wärmerem und kälterem Wasser den Mpemba-Effekt dadurch, dass überproportional mehr wärmeres Wasser verdunsten kann. Allerdings darf die Temperatur des kühleren Wassers auch nicht zu nahe am Gefrierpunkt liegen, da das heißere System sonst nicht die Möglichkeit hat, das kühlere beim Abkühlen zu „überholen“.

'''Die Oberfläche des Wassers'''

Die Größe der Phasengrenzfläche zwischen flüssiger und gasförmiger Phase bestimmt die pro Zeiteinheit verdunstende Wassermenge (Verdunstungsgeschwindigkeit), da diese der Größe der Oberfläche proportional ist, sofern das Wasser nicht siedet. Die Oberflächengröße wiederum ist von der Gefäßform abhängig. Für die Beobachtung des Mpemba-Effekts ist eine große Oberfläche, die zu einem hohen Stoffmengenverlust durch Verdunstung führt, günstig.

'''Die Umgebungstemperatur bzw. die Temperatur des sogenannten Wärmereservoirs'''

Die absolute Temperaturdifferenz zwischen den anfänglichen Wassermengen und dem Reservoir bestimmt den Verlauf der Abkühlungskurve. Je größer die Differenz, desto steiler verlaufen die Abkühlungskurven, d.&nbsp;h. umso schneller kühlen die Proben allein durch [[Wärmeleitung]] und [[Wärmestrahlung]] ab und umso geringer ist der Stoffmengenverlust durch Verdunstung. Für die Beobachtung des Mpemba-Effekts ist deshalb eine Temperatur des Reservoirs knapp unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser günstig, da die Reservoirtemperatur so einerseits tief genug für die Kristallisation des flüssigen Wassers ist, andererseits jedoch die Abkühlungskurven der flüssigen Phasen hinreichend flach verlaufen und eine maximale Wassermenge während der Abkühlung der flüssigen Phasen verdunsten kann.

'''Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Gefäßes'''

Dieser bestimmt, in welchem Maße die Abkühlung des Wassers über die Gefäßwand erfolgen kann. Je größer der Koeffizient, umso schneller kühlt das Wasser durch Wärmeableitung und Wärmestrahlung über das Gefäß ab. Für die Beobachtung des Mpemba-Effekts ist ein geringer [[Wärmeleitfähigkeit]]skoeffizient des Gefäßes insofern günstig, da dann mehr Wasser während des Abkühlens der flüssigen Phasen verdunsten kann, andererseits erschwert ein zu geringer Wärmeleitfähigkeitskoeffizient die Wärmeabführung der Kristallisationswärme über die Gefäßwand beim Gefrieren, was den Effekt wieder vermindert. Im praktischen Versuch sollten also beispielsweise keine Isoliergefäße verwendet werden.

Es bedarf noch wissenschaftlicher Versuche, ob und inwieweit der Mpemba-Effekt in gleicher oder vergleichbarer Weise sein paradoxes Ergebnis erzielt, wenn die beiden gefüllten Behälter auf Meereshöhe oder z.&nbsp;B. auf 7000 Metern Höhe und/oder sie am 45. Grad nördlicher Breite oder an einem der beiden Pole aufgestellt werden. Der [[Siedepunkt]] und auch der Gefrierpunkt in Grad Celsius bzw. der jeweils zugehörige Druck der [[Luftsäule]] am Ort der Messung gehören u.&nbsp;a. hochwahrscheinlich zu den „bestimmenden Bedingungen“ für das Messergebnis. Die Testreihen könnten zu einem Break-Even-Punkt führen, an welcher Stelle sich das Paradoxon auflöst und beide Wasserproben regelmäßig zu gleicher Zeit gefrieren.

== Störparameter ==

Folgende Parameter sind für das Eintreten des Mpemba-Effektes nicht entscheidend, wenngleich sie ihn in verstärkender (positiver) oder abschwächender (negativer) Form zu stören vermögen. Deswegen sollten sie bei der Betrachtung von vornherein durch eine geeignete Wahl der Bedingungen ausgeschaltet werden. Unter besonderen experimentellen Bedingungen allerdings wird ein nicht vernachlässigbarer Beitrag dieser Effekte zum Mpemba-Effekt diskutiert.

=== Unterkühlte Flüssigkeiten bzw. Schmelzen ===

Kühlt man sehr reine Flüssigkeiten unter ihren Gefrierpunkt ab, so kann die Kristallisation ausbleiben, wenn keine [[Kristallisationskeim]]e in der Flüssigkeit vorhanden sind. Zur Vermeidung kann man den Wasserproben einige Körnchen Quarzsand als Kristallisationsmatrix hinzufügen. Entgegen einer verbreiteten Ansicht ist die Konzentration (d.&nbsp;h. Menge) an Kristallisationskeimen für jeden Kristallisationsprozess bedeutungslos, entscheidend ist lediglich, ob es mindestens einen geeigneten Kristallisationskeim gibt oder nicht. Die Gefrierpunktserniedrigung durch fehlende Kristallisation ist im Übrigen unabhängig von der Tatsache, dass sich der Gefrierpunkt einer Flüssigkeit in Abhängigkeit von Druck und Volumen des Systems sowohl zu niedrigeren als auch zu höheren Werten hin verschieben kann (siehe dazu: [[Phasendiagramm]]e von Einkomponentensystemen).

Prinzipiell wirkt sich der Effekt der unterkühlten Flüssigkeit aufgrund fehlender Kristallisationskeime nicht auf den Mpemba-Effekt aus, da er die ursprünglich kühlere Probe genauso betrifft, wie die ursprünglich wärmere. Sofern man allerdings unterstellt, dass das ursprünglich wärmere Wasser potentielle Kristallisationskeime – beispielsweise durch Ausgasen gelöster Fremdbestandteile wie Kohlendioxid – im Vergleich zum ursprünglich kühleren Wasser verliert, so würde der Effekt der unterkühlten Flüssigkeiten den Mpemba-Effekt abschwächen, da das ehedem heißere Wasser nun gerade nicht schneller gefrieren würde, sondern zur Unterkühlung neigte.

=== Temperaturgradienten ===

Temperaturunterschiede im System werden auch durch [[Temperaturgradient]]en angegeben. In einer unbewegten Flüssigkeit treten beim Abkühlen ebenso wie in der unbewegten Umgebung Temperaturdifferenzen auf. So ist beispielsweise die Temperatur an den Gefäßwänden und an der Phasengrenze geringer als im Inneren der Phase, in der Umgebung ist die Temperatur in der Nähe der Gefäße höher als in weiterer Entfernung von diesen. In unterschiedlich warmen Ausgangsgefäßen treten beim Abkühlen unterschiedliche Gradientenverläufe auf, die praktisch gleichbedeutend mit einer Änderung des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten des Gefäßes sind. Dieser Effekt wird durch das Rühren der Flüssigkeiten (z.&nbsp;B. [[Magnetrührer]]) während des Abkühlens und einem Gebläse im Reservoir, welches eine konstante und gleichförmige Reservoirtemperatur sicherstellt, vermieden.

=== Gelöste Fremdstoffe ===

Gelöste Stoffe (dazu gehören auch gelöste Gase) können den Gefrierpunkt einer Flüssigkeit erniedrigen ([[Raoultsches Gesetz]]), wobei die Gefrierpunkterniedrigung dem Fremdstoffmengenanteil proportional ist. Im Falle von gelösten Gasen (z.&nbsp;B. Kohlendioxid in Wasser) ist die Konzentration an gelöstem Gas wiederum temperaturabhängig (Dampfdruck!), das heißt die unterschiedlich warmen Wasserproben enthalten unter Gleichgewichtsbedingungen unterschiedliche Mengen gelöster Gase und haben damit auch einen geringfügig unterschiedlichen Gefrierpunkt. Der Effekt ist allerdings sehr klein (im Bereich von 0,01&nbsp;K bis 0,001&nbsp;K) und spielt damit praktisch für den Mpemba-Effekt keine Rolle. Der Einfluss gelöster Gase würde den Mpemba-Effekt verstärken, da das anfänglich heißere Wasser weniger gelöste Fremdbestandteile enthielte und darum sein Gefrierpunkt im Vergleich zum anfänglich kühleren Wasser weniger herabgesetzt wäre.
Insgesamt vermeidet man diesen „Schmutzeffekt“, indem man für den Versuch entgastes Wasser (durch vorheriges Aufkochen und Anlegen eines Vakuums) verwendet. Analoges gilt auch für Volumen- und andere Effekte, die durch ausfrierende Gasbläschen verursacht werden könnten.

== Sonstige Parameter ==
=== Wasserdampfpartialdruck ===

Der [[Wasserdampf]][[partialdruck]] in der gasförmigen Phase muss im Vergleich zum [[Sättigungsdampfdruck]] klein sein, da sonst kein beziehungsweise weniger Wasser verdunsten kann. Diese Bedingung ist in der Regel bei der Versuchsdurchführung in trockener Umgebung gewährleistet. Ein hoher Wasserdampfpartialdruck in der gasförmigen Phase eines offenen Systems würde den Mpemba-Effekt abschwächen.

== Einflusslose Parameter ==
=== Druckabhängigkeit des Gefrierpunkts ===

Der exakte Gefrierpunkt von reinem Wasser ist wie bei jeder Flüssigkeit beziehungsweise Schmelze druckabhängig. Der genaue Wert kann dem sogenannten [[Phasendiagramm]] des Wassers entnommen werden. Bei Normaldruck (p = 1013,25&nbsp;hPa) entspricht der Gefrierpunkt T = 0,000&nbsp;°C bzw. T = 273,150&nbsp;K. Der [[Gefrierpunkt]] des Wassers befindet sich bei der Bedingung p = 611,657&nbsp;Pa (ca. 6&nbsp;hPa) bei T = 0,010&nbsp;°C bzw. T = 273,160&nbsp;K. Bei anderen Drücken kann der Gefrierpunkt über oder unter diesem Wert für den Gefrierpunkt liegen. Diese Tatsache ist unabhängig von Gefrierpunktserniedrigungen durch gelöste Fremdbestandteile und unterkühlten Schmelzen aufgrund fehlender Kristallisationskeime.

=== Mikroskopische Struktur der Flüssigkeit ===

Mikroskopische Eigenschaften wie etwa die Struktur von Flüssigkeiten sind, abgesehen von ihrer Bedeutung für die kalorischen Daten der betrachteten Substanz, ohne Einfluss.

== Andere Flüssigkeiten ==

Sofern der Mpemba-Effekt durch Verdunstungseffekte besteht, ist er nicht auf Wasser beschränkt (also keine ''Anomalie'' des Wassers).<ref name="Berechnung">{{Internetquelle |autor=Heiner Grimm |url=http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_mpemba-effekt.html |titel=Mpemba-Effekt: Heißes Wasser gefriert schneller als kaltes Wasser? Berechnung des Mpemba-Effekts und experimentelle Untersuchung; Wasser-Verdunstung |werk=Wasser |hrsg=Heiner Grimm |abruf=2019-06-14}}</ref> Ob er auftritt, wird in diesem Fall hauptsächlich durch die [[Wärme|kalorischen]] Daten einer Substanz bestimmt.<ref name="Berechnung" /> So weisen auch andere Substanzen wie etwa [[Ethanol]], [[Essigsäure]], [[Benzol]] oder [[N-Hexan|Hexan]] eine ähnliche exponentielle Abhängigkeit des [[Dampfdruck]]s von der Temperatur auf. Allerdings liegen die Gefrierpunkte dieser Substanzen entweder wesentlich tiefer als die von Wasser, so dass der praktische Versuch höhere experimentelle Anforderungen an die notwendige Kühlung stellt, oder sie sind giftig oder entzündlich, so dass sich das Verdampfen in offenen Systemen ohne besondere Schutzmaßnahmen verbietet.

== Nutzung des Mpemba-Effekts ==
Laut Mpemba wurde der Effekt bei der Herstellung von Speiseeis genutzt. Wenn die Zutaten dabei zur Homogenisierung und Haltbarmachung ([[Pasteurisieren]]) ohnehin erhitzt werden müssen, fällt es nicht ins Gewicht, dass die Ausnutzung des Effekts gegenüber dem direkten Kühlen gravierende Nachteile hat: Erhitzen und Abkühlen erfordert einen deutlich höheren Energieaufwand und dauert insgesamt auch deutlich länger als das Abkühlen allein.

== Erwähnung in den Medien ==

Am 28. März 1999 wurde in der [[ARD]]-Wissenschaftssendung ''[[Kopfball (Show)|Kopfball]]'' der Mpemba-Effekt nachvollziehbar demonstriert und erklärt.

In der Sat.1-[[Infotainment]]-Fernsehsendung ''[[Clever! – Die Show, die Wissen schafft]]'' vom 13. März 2006 (Sendung 39) wurde der Mpemba-Effekt durch Abkühlung von unterschiedlichen, nicht bestimmten Ausgangsmengen Wasser unterschiedlicher, nicht bestimmter Zusammensetzung (Mineralwasser, destilliertes Wasser, Leitungswasser) und unterschiedlicher Temperatur in einem offenen System demonstriert.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.sat1.de/comedy_show/clever/wissensbuch/content/09642/003/ |text=Das „Clever“ – Wissensbuch: Die wissenschaftlichen Erläuterungen aus Sendung 39 |wayback=20100701084959}} sat1.de</ref> Wie zu sehen war, erfolgten Versuchsaufbau und -durchführung damit unter weitgehend undefinierten Ausgangs- und Endbedingungen. Die in der Sendung angegebene Erläuterung des Effektes ist unzutreffend.

Am 21. Januar 2010 berichtete der [[WDR]] in ''Die Kleine Anfrage'' im Rahmen der Radiosendung ''Leonardo'' über den Mpemba-Effekt, wobei einige O-Töne von Mpemba eingespielt wurden.<ref>[http://www1.wdr.de/mediathek/audio/wdr5/wdr5-leonardo-die-kleine-anfrage/audio-warum-gefriert-warmes-wasser-schneller-als-kaltes-100.html ''Die Kleine Anfrage: Warum gefriert warmes Wasser schneller als kaltes?''] In: ''wdr5.de'', 21. Januar 2010, 16:05 Uhr.</ref>

Am 26. Juni 2012 lobte die Londoner [[Royal Society of Chemistry]] 1000 [[Britisches Pfund|britische Pfund]] aus, um die weitere Erklärung des Effektes zu fördern.<ref>[http://www.rsc.org/learn-chemistry/resource/res00001018/the-mpemba-effect ''The Mpemba effect: competition and resources.''] Royal Society of Chemistry</ref> Nikola Bregovic, Chemiker an der [[Universität Zagreb]], wurde im Januar 2013 als der Gewinner verkündet: Er war zu dem Schluss gekommen, dass auch er keine abschließende Lösung finden konnte, und stellte fest: „Wieder einmal überrascht und fasziniert uns dieses kleine, einfache Molekül mit seiner Magie.“<ref>[http://www.sueddeutsche.de/wissen/physik-wie-heisses-wasser-schockgefrostet-wird-1.1858370 ''Wie heißes Wasser schockgefrostet wird.''] In: ''Süddeutsche Zeitung'', 8. Januar 2014</ref>

In den sozialen Medien (z. B. ''YouTube'') wetteifern manche mit besonderen Effekten.<ref>https://www.youtube.com/results?search_query=mpemba+effekt</ref>

== Literatur ==

Zwei Artikel desselben Autors in englischer Sprache mit zahlreichen Quellenangaben, auch zu den historischen Autoren wie Aristoteles, Bacon, Descartes:
* [http://www.desy.de/user/projects/Physics/General/hot_water.html Can hot water freeze faster than cold water? von M. Jeng]
* {{Literatur
   |Autor=Monwhea Jeng
   |Titel=The Mpemba effect: When can hot water freeze faster than cold?
   |Sammelwerk=American Journal of Physics
   |Band=74
   |Nummer=6
   |Datum=2006
   |Seiten=514–522
   |arXiv=physics/0512262
   |DOI=10.1119/1.2186331}}
* {{Literatur
   |Autor=James D. Brownridge
   |Titel=A search for the Mpemba effect: When hot water freezes faster then cold water
   |Datum=2010-03-16
   |arXiv=1003.3185}}

== Weblinks ==
* [http://www.wissenschaft-technik-ethik.de/wasser_mpemba-effekt.html ''Der Mpemba-Effekt.''] In: ''wissenschaft-technik-ethik.de''
* ''[https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/warum-heisses-wasser-schneller-zu-eis-wird-als-kaltes/ Warum heißes Wasser schneller zu Eis wird als kaltes.]'' In: ''wissenschaft.de''

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Thermodynamik]]
[[Kategorie:Eis]]
[[Kategorie:Physikalischer Effekt]]
[[Kategorie:Paradoxon]]