Taschenwaermer

Heute hab ich bei einem Gewinnspiel zwei nette Taschenwärmer gewonnen. Diese Dinger sind einfach sensationell und seit dem letzten Jahr kult. Jede noch so kleine Firma bietet diese nützlichen Helferlein zum Verkauf an oder verschenkt sie.
Wie diese Dinger funktionieren könnt ihr im nachfolgenden Text lesen, dieser ist natürlich nicht von mir sondern aus einem klugen Forum:

Diese kleinen Wärmekissen sind phänomenal: In einem Kunststoffsäckchen befindet sich eine Flüssigkeit und ein Metallplättchen. Knickt man das Plättchen um, erstarrt die Flüssigkeit und der kleine Taschenofen gibt über eine erstaunlich lange Zeit eine wohlige Wärme ab. In kochendem Wasser kann man den nützlichen Winterbegleiter wieder "aufladen", so dass man ihn mehrfach verwenden kann.

So funktionierts
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.

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.