Wie funktioniert ein Handwärmer, der mit Gel gefüllt ist?
Handwärmer sind Kunststoffbeutel, die Wasser und ein hydratisiertes, d.h. wasserhaltiges Salz, in der Regel Natriumacetat-Trihydrat (chemische Formel: NaCH3COOx3H2O) enthalten. Bei Raumtemperatur löst das Salz sich nur wenig in Wasser. Erhöht man die Temperatur, indem man den Beutel in ein heißes Wasserbad taucht, so löst sich das Salz vollständig in dem im Beutel enthaltenen Wasser auf.
Beim Abkühlen des Beutels tritt nun ein interessantes Phänomen auf, das auch andere Salzhydrate (Salze, die im festen Zustand Wassermoleküle enthalten) aufweisen: das Natriumacetat bleibt „zwangsgelöst“ und kristallisiert bei Abkühlung nicht aus, wie das beispielsweise bei einer Kochsalzlösung der Fall wäre. Es kristallisiert jedoch schlagartig, wenn man das in dem Beutel befindliche Metallplättchen knickt. Denn durch das Knicken des Metallplättchens werden Kristallisationskeime erzeugt.
Bei der Kristallisation wird die so genannte Kristallisationswärme frei, die zunächst zu einem sehr raschen Temperaturanstieg führt. Das Kissen bleibt so lange warm, weil die Wassermoleküle im Salz sich erst danach in einem langsameren Prozess als dem der Kristallisation richtig anordnen, ein Prozess, bei dem wieder Wärme, die sogenannte Salzhydratbildungswärme frei wird. Diese Prozesse des "Aufladens" bzw. "Entladens" lassen sich wiederholen.
Die Frage beantwortete Prof. Dr.-Ing. Waltraut Brandl, die an der Fachhochschule Gelsenkirchen auf den Gebieten Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung forscht und lehrt.