So seltsam es auch klingen mag, es ist wahr. Eine Fifty-Fifty-Mischung aus Ethylenglykol und Wasser gefriert erst, wenn die Temperatur auf etwa 34 Grad unter Null Fahrenheit (-37 Grad Celsius) sinkt, während reines Frostschutzmittel bei etwa 11 Grad über Null (-12 Grad Celsius) gefriert. Mal sehen, was hier los ist.
Es kommt vor, dass das Mischen von fast allem in Wasser den Gefrierpunkt unter den normalen Wasserwert von 32 Grad Fahrenheit (0 Grad Celsius) senkt. Im Prinzip könnten Sie Ihrem Motorkühlmittel Salz, Zucker, Ahornsirup oder Batteriesäure hinzufügen, und sie würden alle bis zu einem gewissen Grad funktionieren, aber aus offensichtlichen Gründen werden sie nicht empfohlen.
In den frühesten Tagen der Automobile verwendeten sie gelegentlich Zucker und Honig als Frostschutzmittel. Später wurde Alkohol populär, aber es kocht zu früh ab. Heutzutage verwenden wir eine farblose flüssige Chemikalie namens Ethylenglykol, die nicht abkocht. Handelsübliches Frostschutzmittel enthält auch Rostschutzmittel und einen lebendigen Farbstoff, um Lecks im Kühlsystem zu lokalisieren und, nicht zufällig, um es technologisch anspruchsvoll aussehen zu lassen.
Die Gefrierschutzkraft gelöster Stoffe in Wasser hat mit einem grundlegenden Unterschied zwischen der Anordnung der Moleküle in Flüssigkeiten (wie Wasser) und in Feststoffen (wie Eis) zu tun.
Im Wasser, wie in allen Flüssigkeiten, gleiten die Moleküle frei herum wie eine Masse geölter Körper bei einer Orgie. Sie sind lose zueinander hingezogen, aber sie sind nicht in festen Positionen verbunden, wie sie in den meisten Festkörpern sind. Deshalb können Sie eine Flüssigkeit gießen, aber keinen Feststoff.
Damit flüssiges Wasser gefrieren kann, müssen sich die Moleküle verlangsamen und sich in den hochfesten, starren Positionen niederlassen, die sie in einem Eiskristall einnehmen müssen. Wenn genügend Zeit gegeben wird, um diese Positionen zu finden, dh wenn die Moleküle durch allmähliches Abkühlen allmählich genug verlangsamt werden, kann Wasser ziemlich große Eisbrocken bilden.
Und genau davor haben wir Angst, denn wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus und der daraus resultierende Druck kann die Kühlkanäle im Motorblock knacken. Fremde Moleküle im Wasser, wie zum Beispiel Ethylenglykol, werfen auf zwei Arten einen Schraubenschlüssel in diesen Gefrierprozess.
Erstens stören sie, indem sie den Ort einfach überladen, die Fähigkeit der Wassermoleküle, an genau jene Stellen zu fallen, die benötigt werden, um einen Kristall aus festem Eis zu bilden. Es ist, als würde ein militärisches Drillteam versuchen, in Formation zu fallen, während ein Mob von Zivilisten auf dem Feld herumläuft. Indem sie sich in die Quere kommen, verhindern die außerirdischen Moleküle, dass die Eiskristalle so groß und gleichmäßig werden, wie sie möchten. Selbst wenn das Wasser gefriert, wird das Ergebnis eher ein Matsch aus kleinen Eiskristallen sein als ein einzelner, steinharter, motorbrechender Eisberg.
Der Haupteffekt, den Fremdmoleküle auf das Einfrieren von Wasser haben, besteht jedoch darin, dass sie das Einfrieren des Wassers bis zu einer niedrigeren als normalen Temperatur verhindern. Was passiert, ist, dass die Ethylenglykolmoleküle das Wasser „verdünnen“, wodurch die Anzahl der Wassermoleküle verringert wird, die sich an einer Stelle zu einem Eiskristall zusammenfinden können. Aus diesem Grund müssen wir noch mehr Wassermoleküle verlangsamen, indem wir die Temperatur weiter senken, damit genug von ihnen als Eiskristall zusammenfallen.
Warum gefriert dann reines Ethylenglykol bei einer höheren Temperatur als eine 50-prozentige Mischung mit Wasser? Es gefriert schneller, weil Ethylenglykolmoleküle durch Wassermoleküle gestört werden, genauso wie Wassermoleküle durch Ethylenglykolmoleküle gestört werden. Es funktioniert in beide Richtungen.
Das Wasser senkt den Gefrierpunkt von Ethylenglykol, so wie das Ethylenglykol den Gefrierpunkt des Wassers senkt. Mit Wasser vermischtes Ethylenglykol gefriert also nicht so leicht wie in reiner Form. Ja, man kann sagen, dass Wasser das Einfrieren des Frostschutzmittels verhindert.