Rätsel des Alltags Wie funktioniert ein Taschenwärmer?
Düsseldorf · Es gibt sie bei Aldi, Tchibo und im Versandhandel: Luftdicht verschweißte kleine Kunststoffbeutel, die bei eisigen Temperaturen die Hände wieder auftauen (sollen). Egal, ob sie unter der Bezeichnung Taschenwärmer, Wärmekissen oder Chemisches Heizkissen verkauft werden - der Inhalt ist gleich.
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 35 Grad 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.
