Das Geheimnis der warmen Hände - Mutter und Kind | Vogelbeer

Das Geheimnis der warmen Hände Beim Spielen im Freien bei Winterwetter hast Du bestimmt schon mal kalte Hände gehabt und Dich drüber gefreut, wenn sie Dir jemand gewärmt hat. Heute bekommst Du von uns einen immer wieder verwendbaren Handwärmer geschenkt. Wenn Du das Metallplättchen in dem Herz knickst, bis die Flüssigkeit zu kristallisieren beginnt und dabei langsam fest wird, kannst Du für ca. 40Minuten eine wohltuende Wärme spüren, Deine kalten Hände daran wärmen. Vor dem nächsten Einsatz musst (oder Deine Eltern) das Herz für ca. 10Minuten in kochendes Wasser legen, bis der Inhalt wieder vollständig flüssig ist. Probier es gleich mal aus! Du wirst erstaunt sein, wie gut das wärmt. Aber warum funktioniert das überhaupt so? Das Geheimnis liegt in einer einfach aufgebauten, leicht löslichen chemischen Verbindung: einem Salz der Essigsäure. (Essig kennst Du ja bestimmt aus der Küche, sonst frage einfach mal Deine Mama danach!) Dieses Natriumsalz der Essigsäure liegt in einer besonderen Form (als Salzhydrat) vor: in das Kristallgitter sind zusätzlich Wasserteilchen (Moleküle) eingebaut. Diese sorgen für das besondere Verhalten der Flüssigkeit: Normalerweise ist es ja so, dass eine feste Substanz beim Erhitzen schmilzt, wie z.B. Butter in einer heißen Pfanne oder Schokolade in der Hand. Dafür wird Wärme bzw. Energie benötigt – von der Kochplatte oder der Hand. Wenn sich die Substanz wieder abkühlt, wird sie fest- normalerweise. Unsere nichtsie bleibt flüssig, obwohl sie eigentlich fest werden will. Wissenschaftler nennen diesen Zustand „Metastabil“ oder unterkühlte Schmelze. Um fest zu werden, braucht sie einen kleinen Tritt in den „Hintern“. Das kannst Du Dir so vorstellen: energetisch wäre es für einen Ball auf einem Baum besser, wieder auf die Erde zu kommen, aber er hängt zwischen den Ästen fest. Erst, wenn Du ihn schüttelst, kommt er herunter. In unserem Fall ist das Knicken des Metallplättchen der Tritt in den Allerwertesten. Der Dämmerzustand der unterkühlten Flüssigkeit wird gestört und das überschüssige Salz kristallisiert.Durch das Knicken des Plättchens entstehen kleinste Unebenheiten im Metall, an denen heraus das ungehemmte und lawinenartige Kristallwachstum schlagartig einsetzt und Wärme freigesetzt wird(das Herz wird hart, verändert seine Farbe und wird schön warm). Diese Bildungswärme des Salzes ist genau so groß wie die Energiemenge, die zum umgekehrten Vorgang, dem Schmelzen, erforderlich ist.-Einen Vorgang, den Du immer wiederholen kannst, damit Du im Winter keine kalten Hände bekommst. Wenn Du jetzt nicht alles verstanden hast, ist das nicht schlimm kannst. Du es Dir im Internet unter https://www.youtube.com/watch?v=knZWAcE9sjA nochmal genau anschauen. Einen schönen Winter mit immer warmen Händen wünscht Dir Deine Fachapothekerin Antje Bertram Und das Team der VOGELBEER-APOTHEKE PS Wenn Du selbst einmal einen Kristallisationsprozess beobachten willst – also wie aus einer Flüssigkeit Kristalle (also Feststoffe) entstehen -dann schau im Internet unter www.vogelbeerapotheke.de bei Aktuelles/Spieleecke vorbei!

Der im Beutel enthaltene Feststoff wird so lange in kochendes Wasser gelegt, bis sein Inhalt geschmolzen ist. Nach dem Abkühlen ist der Akku für den winterlichen Einsatz präpariert. Man startet die Wärmeproduktion, indem man das in der Flüssigkeit mit eingeschweißte Stahlplättchen ("Knackfrosch") durchbiegt. Binnen Sekunden verfestigt sich die Flüssigkeit, die Temperatur im Beutel steigt um etwa 35Grad Celsius; diese Wärme hält bemerkenswert lange an. Das Geheimnis liegt in einer simpel aufgebauten, leicht löslichen chemischen Verbindung namens Natriumacetat-Trihydrat. Das Natriumsalz der Essigsäure liegt als so genanntes Salzhydrat vor: In das Kristallgitter der Substanz sind neben Natrium- und Acetat-Ionen pro Formeleinheit drei Wassermoleküle eingebaut. Beim Erhitzen hat die Substanz ihr Kristallwasser abgegeben und sich in diesem gelöst. Beim Abkühlen ist sie allerdings nicht kristallisiert, sondern hat eine unterkühlte Schmelze gebildet. Behandelt man diese vorsichtig, passiert tagelang nichts. Diesen scheintoten Zustand nennen Wissenschaftler "metastabil". Erst durch das knackende Metallplättchen wird der Dämmerzustand gestört. An den Stellen, wo im Blech durch eine Stanze der Druckpunkt ("Knackpunkt") gesetzt wurde, bilden sich erste kristalline Strukturen, aus denen heraus das ungehemmte und lawinenartige Kristallwachstum schlagartig einsetzt. Die im System gespeicherte Wärme ("latente Wärme") wird freigesetzt. Diese Bildungswärme des Salzhydrats, Kristallisationswärme genannt, entspricht genau der Energiemenge, die zum umgekehrten Vorgang, dem Schmelzen, erforderlich ist. Eine chemische Reaktion im Sinne einer Stoffumwandlung findet nicht statt. Natriumacetat bleibt Natriumacetat.

Die Flüssigkeit ist eine Salzlösung aus wenig Wasser und viel Natriumacetat-Trihydrat (etwa 10 Teile Salz auf 1 Teil Wasser). So viel Natriumacetat-Trihydrat lässt sich eigentlich gar nicht in Wasser lösen. Wenn man das Wasser erhitzt, löst sich das Salz jedoch komplett, da sich in heißem Wasser deutlich mehr Salz lösen lässt und außerdem weiteres Wasser aus dem Salz freigesetzt wird. Beim Abkühlen der Flüssigkeit könnte man nun erwarten, dass das überschüssige Salz ausfällt - also immer nur so viel Salz im Wasser gelöst bleibt, wie man auf Grund der Löslichkeit erwarten könnte. Genau das geschieht allerdings nicht. Wenn die Flüssigkeit abkühlt, ist mehr Salz in ihr gelöst als eigentlich möglich ist. Solche Zustände nennt man metastabil: Erst bei Störungen fällt das überschüssige Salz aus; es kristallisiert. Solch eine Störung erreicht man durch das Knicken des Metallplättchens: Dabei entstehen kleinste Unebenheiten im Metall, an denen die Kristallisation beginnt. Etwas Ähnliches ist Ihnen vielleicht schon mal mit einer Flasche Sprudelwasser oder Sekt passiert: Wenn sie zu lange im Gefrierfach abkühlt, ist der Sprudel zwar noch flüssig, wenn Sie ihn herausholen. Aber nach dem Öffnen sprudelt Kohlenstoffdioxid (CO2) heraus und durch diese Störung beginnt die Flasche von oben nach unten zu vereisen. Dabei steigt die Temperatur von beispielsweise -5°C im unterkühlten Sprudel auf 0°C im Sprudel-Eis. Mit solch einer unterkühlten Flüssigkeit haben wir es auch bei den Taschenwärmern zu tun. Und auch hier steigt die Temperatur beim Kristallisieren an - und zwar um bis zu 35°C. Vereinfacht gesagt, handelt es sich bei der abgegeben Wärme um die so genannte Kristallisationswärme (Erstarrungsenthalpie).

Wenn man z.B. 18 Gramm Eis schmelzen will, muss man ihm 6 Kilojoule Wärme zugeben. Genau dieselbe Wärmemenge wird als Kristallisationswärme wieder frei, wenn das Eis gefriert. Ähnlich ist es auch beim Taschenwärmer: Beim Auskristallisieren wird Wärme frei. Quelle: http://www.kopfball.de/frgevg.phtml?kbsec=frgevg&kbfrgevgsec=dtl4 Diese Erklärung ist jedoch nur auf den ersten Blick plausibel. Sie erklärt nicht, warum der Taschenwärmer sich so stark erhitzt und so lange heiß bleibt. Was passiert beim Erhitzen des Taschenwärmers genau? Das Natriumacetat-Trihydrat wird in der Hitze zersetzt: Dabei wird das fest in das Kristallgitter eingebaute Kristallwasser abgegeben und es entsteht zuerst wasserfreies Natriumacetat: Erhitzt man weiter, löst sich das entstandene Natriumacetat in seinem eigenen Kristallwasser - jedoch nicht vollständig: Damit sich alles lösen kann, ist in den Taschenwärmern noch zusätzliches Wasser enthalten. Während der "Aufladevorgang" des Wärmekissens aus zwei getrennten Reaktionen besteht, verläuft die Entladung - also die Wärme-Abgabe in einem Schritt: Dabei gibt es eine Besonderheit, die für die Funktion des Taschenwärmers sehr wichtig ist: Die Kristallisationswärme erhitzt das Kissen so stark, dass die Bildung des Natriumacetat-Trihydrats wieder verhindert wird. Erst wenn sich das Kissen ein wenig abgekühlt hat, kann neues Natriumacetat-Trihydrat entstehen und damit auch neue Wärme, die wiederum zu einer kurzen Pause in der Wärmeabgabe führt. Durch dieses ständige Stop-and-go bleibt der Taschenwärmer besonders lange warm.