Des Wassers

Von Wasser

Auszüge aus dem Chemie-Schulfilm "Chemie des Wassers". Das Wasser hat eine Anomalie im Wasser, weshalb schwere Eisberge auf dem Wasser schwimmen. Wieso schwimmen Eisberge im Wasser? Diese Dichteanomalie des Wassers ist für das Leben auf der Erde lebenswichtig. Das Wasser hat eine besondere Eigenschaft, die es von fast allen anderen Flüssigkeiten unterscheidet.

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Die Wasseranomalie hat eine spezielle Wichtigkeit für die Umwelt. Das kann man am Beispiel eines Teiches deutlich sehen. Diejenigen, die im Hochsommer in einem Teich schwimmen, werden bemerken, dass das Meer in den tieferen Lagen des Teiches kühler ist als in den anderen. Denn die obere Schicht des Wassers wird kräftiger erhitzt und das hellere aufgefangen.

An der Unterseite sammeln sich das kältere und schwerste Brauchwasser. In diesem Unterbereich erfolgt keine weitere Durchblutung. Dadurch entstehen im Teich verschiedene Wasserlagen. In den Wintermonaten hingegen fallen die Wassertemperaturen und die Wasseranomalie kommt zum Vorschein. Die Wassertemperatur im Teich liegt dann unter 4 Grad Celsius - das ab 4 Grad Celsius sinkende Badewasser hingegen in die Unterwasserschichten.

Am Boden des Teiches ist es wärmere als an der Wasseroberfläche, ganz oben ist es am kühlsten. Fisch und andere Lebewesen können in den tieferen, flüssigeren Lagen leben. Um auf die harte Wintersaison bestens gerüstet zu sein, können Fischarten ihren Metabolismus drosseln.

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Aufgrund der Dichteabweichung beim Verfestigen von Gewässern schwebt die Eismasse. Für die meisten Stoffe steigt die Packungsdichte mit sinkender Umgebungstemperatur, auch bei Änderung des Aggregatzustandes. Eine chemische Substanz weist eine Dichteabweichung auf, wenn ihre Konzentration mit sinkender Umgebungstemperatur unter eine bestimmte Grenze sinkt, d.h. sich die Substanz beim Abkühlen aufweitet.

Bei einer solchen Störung ist vor allem das Element des Wassers wichtig: Einerseits wird die Maximaldichte von flüssigem Leitungswasser über 0 Grad Celsius erzielt, andererseits hat es eine niedrigere als das flüssige Leitungswasser. Unter normalem Druck hat es seine höchste Wasserdichte von ca. 1000 kg pro m3 bei 3,98° Celsius und ist fließend.

Unter 3,98 Grad Celsius expandiert es ( "wieder") mit (weiterer) Temperaturabsenkung - auch beim Übergang in den Feststoff. Der Wasseranomalie liegt zwischen 0°C und 3,98°C, das Inlandeis reagiert nicht unnormal, obwohl die Eisdichte atypisch niedriger ist als die von flüssigem Leitungswasser.

Der zur Zeit genaueste veröffentlichte Wert für die Maximaldichte ist (999,974950 0,00084) kg/m3 bei einer Umgebungstemperatur von (3,983 0,00067) K. Für die Dichteberechnung von luftlosem Trinkwasser kann die folgende virale Gleichung verwendet werden: In flüssigem Aggregatzustand gibt es eine Vermischung von Ordnung und Durcheinander, wodurch die Teilchen aufgrund ihrer hohen Drehzahl ein grösseres Fassungsvermögen füllen.

Die Lautstärke steigt und die Dichtheit nimmt ab. In gasförmigem Aggregatzustand ist die Maximalstörung gegeben, d.h. die MolekÃ?le sind entsprechend gleichmÃ?ssig Ã?ber den möglichst groÃ?en Einbauraum verteilt. Die Ursache für die Wasseranomalie besteht in der Verknüpfung der einzelnen Bindungen. Dadurch beansprucht die Festkörperstruktur mehr Platz als bei bewegten Molekühlen.

Der Strukturaufbau ist ein progressiver Prozess, d.h. so genannten Clustern von wassermolekularen Molekülen sind bereits im Flüssigzustand vorzufinden. Mit 3,98 Grad Celsius ist der Stand des kleinsten Volumens und damit der höchsten Packungsdichte der Einzelcluster gegeben. Fällt die Raumtemperatur weiter, wird durch eine ständige Veränderung der Kristallstruktur mehr Raumbedarf erzeugt.

Mit steigender Erwärmung brauchen die MolekÃ?le mehr Bewegungsfreiheit, was auch das Raumvolumen erhöht. In kälteren Gegenden ist die Dichte-Anomalie des Wassers für das Überleben von Bedeutung. Bei Temperaturen unter ca. 4 Grad Celsius senkt sich das Wasser nicht nach oben. Unter der Eisdecke können Tiere und Wasserpflanzen überdauern.

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