Wasser

Dieser Artikel befasst sich mit dem "Stoff" Wasser. Andere Bedeutungen unter Wasser (Begriffsklärung)

Wasser ist eine chemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff, H₂O (Wasserstoffoxid). Die Bezeichnung wird besonders für den flüssigen Zustand verwendet. Im festen (gefrorenen) Zustand wird es Eis genannt, im gasförmigen Zustand Dampf bzw. Wasserdampf.

Physikalisch-chemische Daten

(bei einem Luftdruck von 1013 hPa)

Gefrierpunkt: 0° Celsius
Siedepunkt: 100° Celsius
höchste Dichte: 1g / cm³ bei 3,98° Celsius
geruch- und geschmacklos, trotzdem als Trinkwasser idealerweise wohlschmeckend
transparent und beinahe farblos, in dicken Schichten blaugrün
gutes Lösungsmittel für viele Stoffe (solche Stoffe werden als hydrophile bezeichnet)
Spez. Wärmekapazität (c-Wert): 4,18 KJ/(kg K) bei 20° Celsius

Besondere Eigenschaften

Anomalie des Wassers

Im festen Aggregatzustand als Eis schwimmt es auf dem flüssigen Wasser, d.h. es gefriert und erstarrt von oben nach unten. Das ist bei den meisten anderen Stoffen umgekehrt. Würde sich Wasser wie die meisten anderen Flüssigkeiten verhalten, würden alle Gewässer im Winter bis zum Boden zufrieren, selbst wenn die Bodentemperatur über 0 Grad läge, weil das an der Oberfläche entstehende Eis absänke. Das würde das Todesurteil für die meisten wasserlebenden Tiere bedeuten.

Wasser hat im Vergleich mit anderen Stoffen eine relativ hohe spezifische Wärmekapazität (c-Wert). Es speichert also verhältnismäßig viel Wärmeenergie (bei Raumtemperatur etwa das doppelte von z.B. Öl) bzw. es benötigt, um erhitzt zu werden, vergleichsweise viel thermische Energie. Dadurch eignen sich Wasser bzw. Eis für Wärmflaschen bzw. Kühlboxen besser als andere chemische Stoffe. Aus dem gleichen Grund ist Wasser auch ein bevorzugtes Medium für den Wärmetransport, z.B. in Gebäudeheizungen und KFZ-Kühlanlagen.

Wasser hat einen relativ hohen Siedepunkt (das gleich schwere Methan siedet bei -164° Celsius). Wenn Wasser den erwarteten Gesetzmäßigkeiten entspräche, wäre es flüssig nicht vorhanden: es wäre verdampft.

Verantwortlich für die meisten anomalen Eigenschaften des Wassers sind die intermolekular wirkenden Wasserstoffbrückenbindungen, die sich aus dem Dipolmoment des Wassermoleküls erklären lassen:

Dipolmoment des Wassermoleküls

Das Dipolmoment des Moleküls bedeutet, dass das Molekül polar ist (elektrisch positiv an der Seite des Wasserstoffatoms und elektrisch negativ an der Seite des Sauerstoffatoms). Darum kann es von bestimmten elektromagnetischen Wellen, den Mikrowellen, in stärkere Schwingungen versetzt werden, welche zur Erwärmung des Wassers führen werden.

Die Polarität reicht als Grund für das beobachtete Dipolmoment aber nicht aus: Wäre das Molekül geradlinig ausgestreckt, würde sich der Schwerpunkt der beiden elektrisch positiven Ladungen der Wasserstoffatome in der Mitte auf das Sauerstoffatom bezogen befinden, und das Molekül würde trotz der polaren Bindungen kein Dipolmoment besitzen. Das Molekül ist aber winklig, was mit den beiden einsamen Elektronenpaaren auf dem Sauerstoffmolekül erklärt werden kann.

Wassermoleküle ziehen sich demnach einander stark an, was auch auf die äußerst geringen Größe des polar gebundenen Wasserstoffatoms zurückzuführen ist: sein einziges Elektron befindet sich in der Elektronenpaarbindung mit dem Sauerstoffatom, und dieses Elektronenpaar befindet sich dichter am Sauerstoffatom (daher ist die Bindung polar). Der Wasserstoffkern ragt daher etwas hervor. Er kann sich somit dicht an ein anderes Sauerstoffatom nähern und damit eine starke Bindung eingehen, die Wasserstoffbrücke.

Bedeutung des Wassers

Wasser ist für alle Lebensvorgänge essentiell. Das Leben ist nach dem heutigen Erkenntnisstand im Wasser entstanden.

Wasser beeinflusst auch entscheidend unser Wetter und Klima, nicht nur direkt durch Niederschläge. Große Wärmemengen werden z.B. über den Golfstrom nach Europa oder über den Humboldtstrom entlang der Westküste Südamerikas transportiert.

Große Teile der Erde sind vom Wasser bedeckt (Wasserhalbkugel). Die Versorgung der Weltbevölkerung mit hygienisch und toxikologisch unbedenklichem Wasser stellt eine der größten Herausforderungen der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten dar.

Siehe auch: Geowissenschaften, Süßwasser, Umweltschutz, Weltwasserforum, EG-Wasserrahmenrichtlinie