Wie funktionieren Handwärmer?

Jeder kennt es aus der ein oder anderen Situation: Wir stehen auf dem zugigen Bahnhof, wir haben den wenigen Schnee ausgiebig verbaut, wir haben für’s Fahrrad fahren unsere Handschuhe vergessen oder die Kleinen weinen schrecklich, weil der Spielplatzbesuch zwar spaßig war, die Hände danach aber ziemlich frostig sind… Für all das gibt es ein einfaches kleines Hilfsmittel: Den Handwärmer. Einen Plastikbeutel, der mit einer farblosen Flüssigkeit und einem Metallplättchen gefüllt ist. Drückt man das Metallplättchen, kristallisiert die Flüssigkeit sofort aus und das Ganze erwärmt sich. Extrem praktisch! Aber wie funktioniert das eigentlich?

Die Handwärmer enthalten Wasser und ein hydratisiertes Salz, meistens Natriumacetat-Trihydrat, was das Natriumsalz der Essigsäure ist. (Salzhydrate enthalten auch im festen Zustand Wassermoleküle.) Das Salz löst sich bei Raumtemperatur nur sehr wenig im Wasser auf. Um die durchsichtige Flüssigkeit zu bekommen, muss eine Schmelztemperatur von 58 °C erreicht werden – aus diesem Grund legt man den Handwärmer in ein heißes Wasserbad, wenn man ihn wieder entkristallisieren möchte.

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Das spannende passiert, wenn der Handwärmer, beziehungsweise die Lösung, sich wieder auf Raumtemperatur abkühlt: Das Salz bleibt gelöst und bildet eine sogenannte „unterkühlte Schmelze“, ein metastabiler Zustand. Gleichzeitig wird dabei die Wärme gespeichert, die nötig war, sie in diesen Zustand zu bringen. Diese „latente Wärme“ (latent vom lateinischen latere = verborgen) wird schlagartig freigesetzt, sobald man das Metallplättchen knickt.

Warum genau dieses Knicken des Metallplättchens die Kristallisation auslöst, ist nicht genau geklärt. Manche gehen davon aus, dass es an freigesetzten Schallwellen liegt. Allerdings konnte diese Vermutung in Experimenten nicht verifiziert werden. Eine andere Vermutung ist, dass durch das Knicken Kristallisationskeime erzeugt werden und dadurch wird die Kristallisation angestossen. Durch die Kristallisation der gesamten Flüssigkeit kommt es zuerst zu einer Freisetzung der Kristallisationswärme, die wegen der Energieerhaltung fast genauso hoch ist wie die Schmelztemperatur. Diese Wärme ist allerdings schnell vorbei. Der Handwärmer bleibt länger warm, weil direkt im Anschluss noch die sogenannte Salzhydratbildungswärme abgegeben wird. Diese Wärme wird durch die Anordnung der Wassermoleküle im Salz freigesetzt, die sich langsamer anordnen, als die Kristallisation an sich abläuft.

Und weil es an diesem Wochenende traumhaft schön war bei unserem Ausflug nach Worpswede, möchte ich euch noch ein paar passende Winterbilder von dort zeigen. Wenn man danach noch seinen Handwärmer anknippsen kann, ist es doch perfekt!

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Habt ihr noch mehr solche Alltagsphänomene, die ich erklären soll? Immer rein damit in die Kommentare, ich freue mich auf eure Fragen und Vorschläge!

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Und noch ein passendes Experiment für die kalten Tage gibt es hier: Gefrorene Seifenblasen!

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Kaum hatte ich eine kleine Vorschau auf diesen Artikel auf meiner Instagramseite veröffentlicht, da berichtete mir die liebe Stina, dass genau dieses Thema auch bei der Sendung mit der Maus Thema war. Ich habe den Clip bei Youtube gefunden. Viel Spaß beim Anschauen, die konnten damit noch ein paar tolle zusätzliche Experimente machen.