Gefrierende Seifenblase – Winterliches Phänomen der Physik

Mit dem Frost der letzten Tage kann man wieder faszinierende Phänomene rund um das gefrierende Wasser, Eis oder Schnee beobachten. Das kurze Video zeigt das Gefrieren einer Seifenblase:


Was geht hier vor?

Struktur einer Seifenblase
(Q: Wikipedia)

Das Wasser befindet sich zwischen den Oberflächen der beiden
Seifenfilme. Beim Aufblasen entsteht wegen der allseitigen, gleichgroßen Abstoßung der Tensid-Moleküle eine Kugelform. Außerden weist die Kugelform bei gegebenem Volumen auch die kleinste Oberfläche auf, was energetisch sehr günstig.

Physikalisch ein optimaler Zustand.


Etwas Physik: Oberflächenspannung

Wasser bildet runde, kompakte Tropfen, weil es eine Oberflächenspannung besitzt. Dies ist einfach gesagt die Anziehungskraft zwischen den einzelnen Wassermolekülen. Diese schließen sich so zu einem Netz, eben der Kugeloberfläche, zusammen.

Würde man versuchen, so einen Wassertropfen „aufzublasen“, würde dieser sofort platzen. Nicht etwa, weil die Oberflächenspannung reinen Wassers zu gering wäre, nein: Diese ist zu groß und es kann sich gar keine hauchdünne Außenhaut ausbilden.

Deshalb wird einer Seifenblasenmischung ein Tensid beigegeben, das eine viel geringere Oberflächenspannung hat. Diese hüllt das Wasser an allen Außenflächen ein, bildet also die beiden Kugeloberflächen innen und außen, und lässt sich ausdehnen, bis die Dicke dieser Schicht fast nur ein einziges Seifenmölekül beträgt. Das Wasser wird von der Oberfläche abgeschottet und kann die Blasenstruktur so nicht aufbrechen.


Gefrierende Seifenblase

Die „Außenhaut“ einer Seifenblase kann bei tiefen Temperaturen gefrieren, ohne zu zerplatzen. Die besten Ergebnisse erzielt man bei um -10 Grad Celsius. Unter -10 Grad Celsius gefrieren die Blasen zu schnell, um sie fotografisch festhalten zu können.

Das Gefrieren der im Video auf Schnee liegenden Seifenblase erfolgt typisch durch Wachsen von federartigen Kristallen, die Schneekristalle wirken dabei als Kristallisationskeime.
Faszinierende Videos und Fotos finden sich im Netz zu Hauf, etwa hier:

https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=27936.0

4 Kommentare zu “Gefrierende Seifenblase – Winterliches Phänomen der Physik

  1. Sehr passender Blog-Beitrag. Hier im Rheinland kann dieses Phänomen ja selten beobachtet werden, beim nächsten Kälteeinbruch könnte man das mal versuchen.
    Pumping-Physics blogt aber nicht so häufig. Jetzt betrachtet könntet ihr durchaus öfters anschauliche Themen bringen. Gruß TW

  2. Hallo Thomas Weber,
    danke für das Feedback!
    Genau solche Kommentare wären es ja eben, die das PP-Team zu weiterer Blog-Aktivität anregen würden...
    An die eigene Nase gefasst: Ich bspw. hatte in letzter Zeit aufgrund beruflicher Belastungen kaum Zeit und Muse, über physikalische Themen zu bloggen.
    Einfach hinschreiben, was einem in den Sinn kommt funktioniert in diesem Feld selten. Aber wenn etwas Aktuelles, eine zündende Idee oder ein sonstiger "educated guess" im Raum steht, ist allemal die Lust da, aus Sicht der Physik Stellung zu nehmen.
    Bis dahin, PP

  3. Ich muss wohl noch ein paar Monate warten, bis ich das Experiment nachstellen kann... 🙂 Aber ich hätte noch eines:

    Fahren zwei Schiffe nah aneinander vorbei, so ziehen sie sich scheinbar an. Zwischen den Schiffen entsteht nämlich eine Engstelle. Ankommendes Wasser hat weniger Platz und strömt schneller. Der Druck sinkt und ein Sog entsteht.

    Das lässt sich auch in der Badewanne nachstellen: Man nehme zwei Spielzeugboote oder andere schwimmfähige Gegenstände, setze sie nah beieinander auf das Wasser und spritze vorsichtig etwas Wasser zwischen ihnen hindurch. 🙂

    Gruß
    Paul

  4. Hallo Paul,
    danke für das Feedback - und den Hinweis auf den sog. »Bernoulli-Effekt«
    Diese Erscheinung tritt sehr oft zusammen mit Strömungen auf. Im Internet finden sich zahlreiche Beispiele, sehr oft zitiert wird, dass Flugzeuge u.a. mit Hilfe dieses physikalischen Effekts überhaupt fliegen.
    Ein Seite, die auf das "Anziehen" zweiter Schiffe anführt, ist bspw. https://www.spektrum.de/lexikon/physik/bernoulli-effekte/1414

    Viel Spaß bei Grübeln
    Pumping-Physics

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