Wasser ist eine chemische Verbindung (Molekül) aus Sauerstoff und Wasserstoff (chemische Formel: H2O). Die Bezeichnung Wasser wird besonders für den flüssigen Aggregatzustand verwendet, im festen, also gefrorenen Zustand wird es Eis genannt, im gasförmigen Zustand Wasserdampf oder einfach nur Dampf.
Andere chemische Bezeichnungen für Wasser sind:
- Wasserstoffoxid (auf deutsch die korrekte, weil einfachste Bezeichnung)
- Diwasserstoffmonoxid, Wasserstoffhydroxid, Dihydrogeniumoxid, Hydrogeniumoxid, Hydrogeniumhydroxid oder Dihydrogenmonoxid
Bedeutung in der Wissenschaft
Wasser spielt wegen seinen besonderen chemischen und physikalischen Eigenschaften, vor allem des Dipolmoments, der Wasserstoffbrückenbindung und der Dichteanomalie, eine zentrale Rolle in vielen Wissenschaften und Anwendungsgebieten. Es ist der wahrscheinliche Entstehungsort des irdischen Lebens und unter Umständen auch eine Bedingung für dieses. In Organismen und in unbelebten Bestandteilen der Geosphäre spielt es als vorherrschendes Medium bei fast allen Stoffwechselvorgängen beziehungsweise geologischen und ökologischen Elementarprozessen eine entscheidende Rolle. Die Erdoberfläche ist zu circa 72 % von Wasser bedeckt, wobei Ozeane hieran den größten Anteil tragen. Süßwasserreserven bilden lediglich 2,53 % des irdischen Wassers und nur 0,3 % sind als Trinkwasser zu erschließen (Dyck 1995). Durch die Rolle des Wasser in Bezug auf Wetter und Klima, als Landschaftsgestalter im Zuge der Erosion und durch seine wirtschaftliche Bedeutung unter anderem in den Bereichen der Land-, Forst- und Energiewirtschaft ist dieses zudem in vielfältiger Weise mit Geschichte, Wirtschaft und Kultur der menschlichen Zivilisation verbunden.
Die Wissenschaft, welche sich mit der räumlichen wie zeitlichen Verteilung des Wassers und dessen Eigenschaften beschäftigt, bezeichnet man als Hydrologie. Insbesondere untersucht die Ozeanologie das Wasser der Weltmeere, die Limnologie das Wasser der Binnengewässer, die Meteorologie den Wasserdampf der Atmosphäre und die Glaziologie das gefrorene Wasser unseres Planeten. In flüssiger Form wurde Wasser bislang nur auf der Erde nachgewiesen.
Herkunft des irdischen Wassers
Hauptartikel: Herkunft des irdischen Wassers
Die Herkunft des Wassers auf der Erde, insbesondere die Frage, warum auf der Erde deutlich mehr Wasser vorkommt als auf den anderen erdähnlichen Planeten, ist bis heute nicht befriedigend geklärt. Ein Teil des Wassers dürfte durch das Ausgasen der Magma entstanden sein, also letztlich aus dem Erdinneren stammen. Ob dadurch aber die Menge an Wasser erklärt werden kann, ist fragwürdig. Weitere große Anteile könnten aber auch durch Einschläge von Kometen, transneptunischen Objekten oder wasserreichen Asteroiden (Protoplaneten) aus den äußeren Bereichen des Asteroidengürtels auf die Erde gekommen sein. Messungen des Isotopenverhältnisses von Deuterium zu Protium (D/H-Verhältnis) deuten dabei eher auf Asteroiden hin, da in Wassereinschlüssen in kohligen Chondriten ähnliche Verhältnisse gefunden wurden wie in ozeanischem Wasser, wohingegen bisherige Messungen dieses Isotopen-Verhältnisses an Kometen und transneptunischen Objekten nur schlecht mit irdischem Wasser übereinstimmten.
Wasservorkommen der Erde
Große Teile der Erde sind vom Wasser bedeckt, wobei dies besonders auf der Südhalbkugel der Fall ist und sich als Extrem an der Wasserhalbkugel zeigt. Die Versorgung der Weltbevölkerung mit hygienisch und toxikologisch unbedenklichem Trinkwasser, sowie einer ausreichenden Menge Nutzwasser, stellt eine der größten Herausforderungen der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten dar.
Die Wasservorkommen der Erde belaufen sich auf circa 1.386 Milliarden km3 (Zahlen aus Dyck 1995), wovon allein 1.338 Milliarden km3 (96,5 %) auf das Salzwasser der Weltmeere entfallen. Nur 35 Millionen km3 (2,53 %) des irdischen Wassers liegen als Süßwasser vor. Das mit 24,4 Mill. km3 (1,77 %) meiste Süßwasser ist dabei als Eis an den Polen, Gletschern und Dauerfrostböden gebunden und somit nicht der Nutzung zugänglich. Durch das in fester Form, in der Atmosphäre (13.000 km3), im Boden (65.000 km3) und in Lebewesen (1.100 km3) gebundene Wasser ist nur ein geringer Teil des Süßwassers auch als Trinkwasser verfügbar. Insgesamt liegen 98,233 % des Wassers in flüssiger, 1,766 % in fester und 0,001 % in gasförmiger Form vor. In seinen unterschiedlichen Formen weist das Wasser dabei spezifische Verweilzeiten auf und zirkuliert fortwährend im globalen Wasserkreislauf.
Diese Anteile sind jedoch nur näherungsweise bestimmbar und wandelten sich auch stark im Laufe der Klimageschichte, wobei im Zuge der globalen Erwärmung von einem Anstieg des Wasserdampfanteils ausgegangen wird.
Auch auf anderen Planeten wie zum Beispiel dem Jupiter kommt Wasser vor, aber nur in sehr geringen Mengen und dann als Eis oder Wasserdampf.
Aufbau und Eigenschaften des Wassermoleküls
Molekül-Geometrie
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| Räumlicher Aufbau des Wassermoleküls |
Geometrie des Wassermoleküls |
Raumfüllendes Modell des Wassermoleküls |
Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt und entspricht in der VSEPR-Theorie dem AB2E2-Typ. Die zwei Wasserstoffatome und die zwei Elektronenpaare sind folglich in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 Picometer.
Dipolmoment
Sauerstoff hat eine höhere Elektronegativität als der Wasserstoff. Durch die dreieckige Geometrie des Moleküls und die unterschiedlichen Partialladungen der Atome hat es auf der Seite des Sauerstoffs negative und auf der Seite der beiden Wasserstoffatome positive Polarität. Diese bewirkt das Dipolmoment, das in der Gasphase 1,84 Debye beträgt. Eine Erklärung für die winklige Anordnung der beiden Wasserstoffmoleküle, wegen der es erst zur Dipolbildung, und damit zu den besonderen Eigenschaften des Wassers kommt, liefert die VSEPR-Theorie anhand der beiden einsamen Elektronenpaare auf dem Sauerstoffatom. Durch die unterschiedlichen Partialladungen kann das Molekül von bestimmten elektromagnetischen Wellen, den Mikrowellen, in Schwingungen versetzt werden, welche zur Erwärmung des Wassers führen.
Wasserstoffbrückenbindung
Wassermoleküle wechselwirken miteinander über Wasserstoffbrückenbindungen und besitzen dadurch ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Es handelt sich dabei um keine beständige, feste Verkettung. Der Verbund der über Wasserstoffbrückenbindungen unbeständig verketteten Wassermoleküle besteht nur Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Wassermoleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut mit einem anderen Wassermolekül verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig.
Für die Ausbildung der Wasserstoffbrückenbindungen ist unter anderem der kleine Durchmesser des Wasserstoffatoms von Bedeutung, da es sich nur so in ausreichendem Maße dem Sauerstoffatom nähern kann. Die höheren Homologen des Wasser, zum Beispiel Schwefelwasserstoff H2S, bilden derartige Bindungen aufgrund der geringeren Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Bindungspartnern nicht aus.
Die Verkettung der Wassermoleküle durch Wasserstoffbrückenbindungen ist die Ursache für viele besondere Eigenschaften, zum Beispiel dafür, dass Wasser trotz der geringen molaren Masse von rund 18 g/mol unter Standardbedingungen flüssig ist. H2S liegt im Gegensatz dazu gasförmig vor. Auch dass Wasser seine größte Dichte bei rund vier Grad Celsius hat (Dichteanomalie) und somit Eis auf flüssigem Wasser schwimmen kann, ist auf die Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen.
Schweres, halbschweres und überschweres Wasser
Neben dem „normalen“ Wasser gibt es noch das sogenannte „halbschwere Wasser“, das „schwere Wasser“ (Deuteriumoxid) und das „überschwere Wasser“ (Tritiumoxid). Bei schweren bzw. überschweren Wassern sind die normalen Wasserstoffatome (Protium, Symbol H) durch ihre schweren Isotope Deuterium oder Tritium ersetzt. Bei halbschwerem Wasser wurde nur ein einzelnes Wasserstoffatom durch Deuterium ersetzt. Schwere Wasser unterscheiden sich bezüglich ihrer physikalischen wie chemischen Eigenschaften von herkömmlichem Wasser und haben insbesondere einen höheren Schmelzpunkt, einen höheren Siedepunkt und eine größere Dichte. Aufgrund des besonders großen Massenunterschieds zwischen Protium und Tritium bzw. Deuterium (eben die zwei- bzw. dreifache Masse) ist hier der kinetische Isotopeneffekt besonders ausgeprägt. Folglich wird bei Ersatz des normalen Wassers bei chemischen Gleichgewichtsreaktionen die Gleichgewichtslage verändert, was zum Beispiel im menschlichen Körper zu gesundheitlichen Folgen führen kann.
Deuteriertes Wasser wird aufgrund der anderen Spineigenschaften als Lösungsmittel für NMR- Analytik benutzt.
Eigenschaften des Wassers
Die Eigenschaften des Wassers beruhen hauptsächlich auf dem Aufbau des Wassermoleküls und der daraus resultierenden Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen. Sie sind so besonders, dass sie Wasser zu dem bedeutendsten Stoff der Erde machen.
Die hier angegebenen Eigenschaften beziehen sich auf Wasser als Reinstoff, also ohne gelöste Stoffe. Sie dienen nur zu Grundlage, um die nachfolgenden Abschnitte zu verstehen, denn ein solch reines Wasser lässt sich höchstens in einem Labor erzeugen.
Bis heute werfen einige Eigenschaften des Wassers Forschern teilweise große Rätsel auf, obwohl diese schon seit jeher Objekte der Forschungen und des Interesses sind. Auch wenn man einige Eigenschaften des Wasser nicht kannte oder nicht erklären konnte, so wurden sie dennoch immer ausgenutzt.
Physikalische Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften des Wassers sind stark von der Temperatur und dem Druck abhängig. Große Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Wassers treten auch ein, wenn im Wasser Stoffe gelöst werden. Vollkommen reines Wasser besitzt eine molare Masse von circa 18,01528 g/mol. Allgemein kann gesagt werden, dass zum Beispiel die Oberflächenspannung und Viskosität des Wassers mit zunehmender Temperatur abnehmen. Ebenso ist die Kompressibilität (Kompressionsmodul) temperaturabhängig. Mehrere Eigenschaften des Wassers sind besonders auf die Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen und wegen dieser Verkettung gänzlich anders ausgeprägt als ohne diese zu erwarten wäre. Zu den Eigenschaften, die aus der Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen resultieren, zählen unter anderem der hohe Schmelz- und Siedepunkt des Wasser sowie die Dichteanomalie.
Aggregatzustände
Unter Normalbedingungen ist Wasser eine Flüssigkeit. Wasser ist der einzige uns bekannte Stoff, der in der Natur in allen drei Aggregatzuständen existiert. Das Phasendiagramm des Wassers zeigt, in wieweit der Aggregatzustand des Wassers von der Temperatur und dem Druck abhängt (siehe oben links). Die kritische Temperatur des Wassers liegt bei 647 K, der kritische Druck bei 2,21 · 107 Pa und der Tripelpunkt bei 611,657 ± 0,010 Pa und 0,01 °C (international akzeptierter Bestwert nach Messungen von Guildner, Johnson & Jones 1976).
Siehe auch: Wasserglas
Im Temperaturbereich von ca. 0 bis 273,16 K (-273,16 bis 0,01 °C ) und einem Druckbereich von Vakuum bis ca. 0,006 bar (Bereich unterhalb des Tripelpunktes) existiert Wasser nicht in flüssiger Form, sondern nur gasförmig und fest. Eis geht in diesem Bereich direkt in den gasförmigen Zustand über, ohne dass eine Aggregatzustandsänderung in eine Flüssigkeit stattfindet. Dieser Vorgang wird auch als Sublimation bezeichnet. Der Tripelpunkt bezeichnet die Obergrenze des Sublimationsbereiches. Der Siedepunkt sinkt mit dem Druck zum Tripelpunkt (Siedepunkt bei 0,01° C). Im Vakuum findet die Sublimation bis fast 0 Kelvin (-273,16 °C) statt. Die Sublimationsgrenze ist im Phasendiagramm der Kurvenbereich unterhalb des Tripelpunktes.
Schmelz- und Siedepunkt
Der Schmelz- und der Siedepunkt des Wassers haben für die Menschheit eine so große Bedeutung, dass diese als Fixpunkte für mehrere Temperaturskalen festgelegt wurden.
Wasser siedet unter Normalbedingungen bei 100 °C und erstarrt bei 0 °C, kann allerdings auch bei Normalbedingungen unter 0 °C als Flüssigkeit vorliegen, es handelt sich in dem Fall um unterkühltes Wasser. Der Siedepunkt des Wasser ist allerdings stark vom Sättigungsdampfdruck abhängig, wie die Tabelle im dortigen Artikel zeigt. Wasser lässt sich zudem aber auch etwas über seinen Siedepunkt hinaus erhitzen, was man als Siedeverzug bezeichnet.
Wasser hat einen relativ hohen Siedepunkt. Zum Vergleich: Methan hat dieselbe Molmasse und siedet unter Normaldruck bereits bei -164 °C. Falls Wasser den aus der Molmasse abzuleitenden Gesetzmäßigkeiten entspräche, so müsste es bei Raumtemperatur unter Normaldruck als Gas vorliegen. Dass dies nicht so ist, lässt sich dadurch erklären, dass zusätzlich zu den intramolekularen Kräften auch die Wasserstoffbrückenbindungen überwunden werden müssen.
Dichteanomalie
Wasser hat unter Normaldruck seine größte Dichte von 1,000 Gramm pro Kubikzentimeter bei rund 4 °C und zeigt damit eine Dichteanomalie. Die derzeit genauesten publizierten Werte liegen bei 999,974950 ± 0,00084 kg/m³ und 3,983 ± 0,00067 °C. Die Werte stellen einen Mittelwert der von verschiedenen physikalischen Instituten veröffentlichten Zahlen dar (Stand 2001). Die Dichteanomalie des Wassers besteht darin, dass es sich unterhalb von 4 °C trotz weiterer Temperaturverringerung wieder ausdehnt, was man nur von wenigen Stoffen kennt.
Im festen Aggregatzustand – hier Eis – wird normalerweise eine hohe Fernordnung durch Ausbildung eines Kristallgitters im Zuge der Kristallisation erreicht. Im flüssigen Zustand herrscht eine Mischung von Ordnung und Chaos, wobei die Moleküle aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit ein größeres Volumen ausfüllen. Es erhöht sich also das Volumen, mit der Folge, dass auch die Dichte geringer wird. Im gasförmigen Zustand ist die maximale Unordnung erreicht und die Atome verteilen sich dementsprechend gleichmäßig über den maximal zur Verfügung stehenden Raum.
Der Grund der Anomalie des Wassers ist die Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen. Dadurch ist die resultierende Struktur im festen Zustand größer als bei beweglichen Molekülen. Dies ist ein fortschreitender Vorgang, das heißt, dass schon im flüssigen Zustand so genannte Cluster aus Wassermolekülen vorhanden sind. Bei 3,98 °C ist der Zustand erreicht, bei dem die einzelnen Cluster das geringste Volumen einnehmen und damit die größte Dichte haben. Wenn die Temperatur weiter sinkt, wird durch einen stetigen Wandel der Kristallstrukturen mehr Volumen benötigt. Wenn die Temperatur steigt, benötigen die Moleküle wieder mehr Bewegungsfreiraum und das Volumen steigt.
Die sprunghafte Volumenzunahme des Wassers um ca. 9 % beim Gefrieren (im Diagramm entsprechend bei abnehmender Dichte) und die dabei auftretenden großen Kräfte bewirken ein Bersten von Rohren, Mauerwerken, Straßenbelägen und Aufschüttungen, was man als Frostsprengung bezeichnet. Zur Vorsorge werden die Gartenleitungen im Winter entleert, Mauerwerke gestrichen und Aufschüttungen so angelegt, dass das Wasser abfließen kann. Bauwerke werden so angelegt, dass sich Wasser unter ihnen entweder nicht ansammeln oder nicht gefrieren kann.
Wasser als Lösungsmittel
Wasser ist ein hervorragendes polares Lösungsmittel für viele Stoffe und besitzt eine hohe Dielektrizitätskonstante.
Die Löslichkeit in Wasser ist oft stark von der Temperatur abhängig; dabei verhalten sich Feststoffe und Gase unterschiedlich. Gase lösen sich proportional zum Partialdruck des Gases in Wasser ohne eine feste Begrenzung der lösbaren Menge. Die hierbei als "Löslichkeit" bezeichnete Gleichgewichtskonzentration je Druckeinheit nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Dagegen lösen sich Feststoffe bei zunehmender Temperatur meist besser in Wasser, wovon es aber auch viele Ausnahmen gibt, wie zum Beispiel Lithiumsulfat.
Manche Substanzen wie zum Beispiel Saccharose oder Ethanol sind in beliebigem Verhältnis mit Wasser mischbar, also in einander löslich. In anderen Fällen gibt es wechselseitige Lösungen mit einem Zwischenbereich "verbotener" Mischungsverhältnisse - z.B. Phenol mit Wasser oder Chloroform mit Wasser.
Normalerweise gilt, dass ein molekularer Stoff sich umso besser in Wasser löst, je mehr polare Gruppen in diesem Stoff vorhanden sind. Überkritisches Wasser zeigt jedoch ähnliche Löslichkeitseigenschaften wie unpolare organische Lösungsmittel.
Beim Auflösen von ionischen Stoffen im Wasser laufen der endotherme Gitterabbau und die exotherme Hydration ab, was Wärmemischungen (Schwefelsäure in Wasser) und Kältemischungen (Salze in Wasser) ermöglicht; hierbei entscheidet die Differenz zwischen der exothermen Hydration und dem endothermen Gitterabbau, ob eine Erwärmung oder eine Abkühlung eintritt. Bei Salzen entscheidet das Verhältnis zwischen Gitterenergie und Hydratationsenergie der beteiligten Ionen über die Löslichkeit, die hier definiert ist als das Produkt der molaren Ionenkonzentrationen bei Gleichgewicht mit der kristallinen Substanz (Löslichkeitsprodukt).
Optische Eigenschaften
Tritt Licht von der Luft ins Wasser ein, so wird es abgelenkt (gebrochen). Dieser Effekt ist allerdings deutlich schwächer als zum Beispiel beim Übergang Luft-Glas oder Luft-Diamant. Trifft Licht vom Wasser her auf die Wasser-Luft-Oberfläche, so kommt es zur Totalreflexion, dessen Grenzwinkel mit 49° ebenfalls vergleichsweise gering ist. Lichtstrahlen, die unter einem flacheren Winkel auf die Oberfläche treffen, können nicht aus dem Wasser austreten.
Die Lichtbrechung führt beim Menschen zu optischen Täuschungen, da man ein Objekt unter Wasser an einem anderen Ort sieht, als an dem es tatsächlich ist. Wasser hat für sichtbares Licht eine Brechzahl von 1,33. Somit liegt das Reflektionsvermögen der Oberfläche Wasser-Luft (bei senkrechtem Einfall) bei 2 %. Tiere, die auf den Fischfang spezialisiert sind, wie beispielsweise der Fischreiher, lassen sich nicht täuschen, sie berücksichtigen diese Bild-Versetzung der Beute und treffen es deshalb haargenau.
Da Wasser viel sichtbares Licht durchlässt und bricht, ermöglicht dies auch die Existenz von Lebewesen im Wasser, die Licht zum Leben benötigen wie zum Beispiel Algen.
Spezifischer Widerstand und elektrische Leitfähigkeit
Chemisch reines Wasser besitzt bei einem pH-Wert von 7 und der entsprechend geringen Dissoziation in H3O+ + OH- einen hohen spezifischen Widerstand von 18,2 MΩ·cm, entsprechend einem spezifischen Leitwert von 0,0549 µS/cm (bei 25 °C). Gelöste Salze und Säuren erhöhen die Ladungsträgerkonzentration. Bereits Leitungswasser erreicht je nach Mineralgehalt bis etwa die 10000-fache Leitfähigkeit von ca. 0.5 mS/cm, Meerwasser erreicht Werte von 50 mS/cm. Beim Löschen von elektrischen Kabeln oder Geräten mit Wasser kann es daher passieren, dass durch das Wasser eine leitfähige Verbindung stromführender Teile bis hin zum sogenannten Kurzschluss entsteht. Deshalb ist es unter Umständen nicht ratsam dies zu versuchen, inbesondere dann nicht, wenn die Gefahr besteht, dass die löschende Person selbst über das Wasser Teil eines Stromkreises wird (Elektrischer_Schlag).
| Oberflächenspannung und Viskosität | ||
|---|---|---|
| Temperatur in °C |
Oberflächenspannung in mN/m |
Viskosität in mPa s |
| 0 | 75,6 | 1,78 |
| 10 | 74,2 | 1,31 |
| 20 | 72,8 | 1,00 |
| 30 | 71,2 | 0,80 |
| 50 | 67,9 | 0,55 |
| 100 | 58,9 | 0,28 |
Oberflächenspannung
Wasser weist eine vergleichsweise große Oberflächenspannung auf, da sich die Wassermoleküle gegenseitig relativ stark anziehen. Die Oberflächenspannung beträgt etwa 73 mN/m bei 20 °C und nimmt bei zunehmender Temperatur ab.
Viskosität
Die Viskosität des Wassers beträgt bei 20 °C 1,0 mPa s; Wasser hat eine höhere Viskosität als Petroleum (0,65 mPa s bei 20 °C) aber eine niedrigere als zum Beispiel Quecksilber (1,5 mPa s bei 20 °C). Die Viskosität des Wassers nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Werte zur Viskosität des Wassers kann man aus der rechten Tabelle entnehmen:
Geruch, Farbe und Geschmack
Wasser ist im reinen Zustand geschmack- und geruchlos. Aufgrund selektiver Absorption im roten sichtbaren und im nahen Infrarotbereich erscheint Wasser blau, was allerdings erst in dickeren Schichten ab einigen Metern auch mit dem blossen Auge wahrnehmbar ist. Bei im Wasser gelösten Stoffen kann es zu einer deutlichen Veränderung dieser Eigenschaften kommen.
Spezifische Wärmekapazität
Wasser hat mit 4187 J/(kg K) eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität. Das bedeutet, dass Wasser vergleichsweise viel Energie aufnimmt und sich die Temperatur dabei wenig erhöht und dass es beim Abkühlen ebensoviel Energie wieder abgibt.
Im gasförmigen Aggregatszustand (Dampf) hat Wasser eine spezifische Wärmekapazität von 1870 J/(kg K) und als Feststoff (Eis) 2060 J/(kg K) . Feste Stoffe haben eine deutlich niedrigere spezifische Wärmekapazität. So hat etwa Blei eine Wärmekapazität von 129 J/(kg K), Kupfer eine von 380 J/(kg K). Auch wegen seiner hohen Wärmekapazität hat Wasser eine große Bedeutung für das Klima.
Schmelz- und Verdampfungswärme
Für die Wandlung von 0 °C kaltem Eis in 0 °C kaltes Wasser muss eine Energie von 335 kJ/kg aufgebracht werden. Will man 100 °C warmes Wasser in 100 °C warmen Dampf ändern, werden dafür 2.256 kJ/kg benötigt. Eine Zustandsänderung von 25 °C warmem Wasser in 100 °C warmen Dampf erfordert 2.460 kJ/kg. Um 0 °C kaltes Wasser in 100 °C warmen Dampf zu ändern, benötigt man 2.500 kJ/kg. Die Verdampfungswärme des Wassers liegt wesentlich höher als die Verdampfungswärme von anderen Flüssigkeiten, Methanol hat im Vergleich nur eine Verdampfungswärme von 845 kJ/kg und Quecksilber sogar nur eine von 285 kJ/kg.
Thermodynamische Eigenschaften
| Thermodynamik | |
|---|---|
| ΔfH0g | -241,83 kJ/mol |
| ΔfH0l | -285,83 kJ/mol |
| ΔfH0s | -291,8 kJ/mol |
| S0g, 1 bar | 188,84 J/(mol · K) |
| S0l, 1 bar | 69,95 J/(mol · K) |
| S0s | 41 J/(mol · K) |
Die thermodynamischen Eigenschaften des Wasser kann man nebenstehender Tabelle entnehmen. Wird Wasser aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff gebildet, so wird relativ viel Energie freigesetzt.
Wärmeleitfähigkeit
| Wärmeleitfähigkeit | |
|---|---|
| Temperatur in °C | Wärmeleitfähigkeit in W/mK |
| -20 | w:0,523 e:2,43 |
| 0 | w:0,564 e:2,22 |
| 10 | 0,584 |
| 20 | 0,597 |
| 30 | 0,618 |
| 50 | 0,645 |
| 80 | 0,670 |
| 100 | 0,682 |
Wasser hat im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten eine hohe Wärmeleitfähigkeit, aber im Vergleich mit einigen Metallen eine sehr geringe. Die Wärmeleitfähigkeit des Wassers nimmt mit steigender Temperatur zu, Eis leitet Wärme jedoch wesentlich besser als flüssiges Wasser.
Bei 20 °C weist Wasser eine Wärmeleitfähigkeit 0,60 W/mK, Kupfer im Vergleich 394 W/mK und Silber sogar eine von 429 W/mK auf.
Chemische Eigenschaften
Die chemischen Eigenschaften des Wassers sind nicht so außergewöhnlich wie die physikalischen Eigenschaften.
Wasser hat eine Molmasse von 18,01528 g/Mol und dasselbe relative Atomgewicht. Wasser ist bei vielen Reaktionen ein Katalysator, das heißt, ohne die Anwesenheit von Wasser würde eine Reaktion wesentlich langsamer und mit höherer Aktivierungsbarriere ablaufen.
Siehe auch: Ionenprodukt des Wassers, Nivellierender Effekt des Wassers
Reaktivität
Wasser ist amphoter, ist also ein Stoff, der - je nach Milieu - sowohl als Säure als auch als Base wirken kann.
Wasser reagiert mit Anhydriden zu Säuren oder Basen. Beispiele:
- Schwefeltrioxid (Säureanhydrid) reagiert mit Wasser zu Schwefelsäure(Säure):
- Natriumoxid (Basenanhydrid) reagiert mit Wasser zu Natriumhydroxid (Base):
Wasser reagiert mit unedlen Metallen unter Wasserstoffbildung zu Metalloxiden, diese Metalloxide sind aber Basenahydride und lösen sich meist gleich wieder in Wasser zu Basen, wie eben beschrieben wurde. Ein Beispiel:
- Natrium reagiert mit Wasser zu Natriumoxid und Wasserstoff:
Die wohl wichtigste Reaktion des Wassers ist die Photosynthese, welche für Pflanzen und andere Lebewesen sehr wichtig ist. Sie liefert die für Pflanzen wichtige Stärke und für den Menschen Sauerstoff (siehe: Grundbaustein des Lebens).
pH-Wert
Destilliertes Wasser hat einen pH-Wert von 7, ist also neutral. In der Praxis hat Wasser aber einen pH-Wert zwischen 5 und 7, da reines Wasser ohne gelöste Stoffe in der Praxis nicht vorkommt. Lässt man Wasser sogar nur an der Luft stehen, lösen sich sofort Gase im Wasser.
Synthese, Elektrolyse und Nachweis
Wasser wurde zum ersten Mal synthetisiert, als Henry Cavendish ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft zum Explodieren brachte.
Da Wasserstoff in der Zukunft Energieträger werden soll, ist geplant, durch die Elektrolyse des Wassers diesen Wasserstoff zu gewinnen. Allerdings ist ein hoher Energieaufwand für die Elektrolyse nötig. Mittlerweile ist es Forschern gelungen, Wasser durch Anwesenheit eines Katalysators nur mittels Sonnenlicht in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten:
Wasser färbt weißes Kupfersulfat hellblau und blaues Cobalt(II)-chloridpapier wird durch Wasser rot gefärbt, Karl-Fischer-Titration.
Bedeutungen des Wassers
Bedeutung des Wassers für das Klima
Wasser beeinflusst entscheidend unser Klima und ist für die Entstehung von Wetter verantwortlich, vor allem durch seine Kapazität als Wärme(Energie-)speicher. In den Ozeanen wird die einstrahlende Sonnenenergie gespeichert. Diese regional unterschiedliche Erwärmung führt wegen Verdunstung zu Konzentrationsunterschieden (vor allem Salinität (Salzgehalt)). Dieses Konzentrationsgefälle erzeugt globale Meeresströmungen, die sehr große Energiemengen (Wärme) transportieren (z. B. Golfstrom, Humboldtstrom, äquatorialer Strom, mitsamt ihren Gegenströmungen). Ohne den Golfstrom würde in Mitteleuropa arktisches Klima herrschen.
Im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt stellen Ozeane die wirksamste CO2-Senke dar, da Gase wie Kohlendioxid in Wasser gelöst werden (siehe Kohlenstoffzyklus). Die mit der globalen Erwärmung einhergehende Temperaturerhöhung der Weltmeere führt zu einem geringeren Haltevermögen an Gasen und damit zu einem Anstieg des CO2 in der Atmosphäre. Wasserdampf stellt in der Atmosphäre ein wirksames Treibhausgas dar. (siehe Treibhauseffekt)
Bei der Erwärmung verdunstet Wasser, es entsteht Verdunstungskälte. Als "trockener" Dampf (nicht kondensierend) und als "nasser" Dampf (kondensierend: Wolken, Nebel) enthält und transportiert es latente Wärme, die für sämtliche Wetterphänomene entscheidend verantwortlich ist (siehe auch Luftfeuchtigkeit, Gewitter, Föhn). Die Wärmekapazität des Wassers und die Phänomene der Verdunstungskälte und latenten Wärme sorgen in der Nähe von großen Gewässern für gemäßigte Klimate mit geringen Temperaturschwankungen im Jahres- und Tagesgang. Wolken verringern zudem die Einstrahlung durch die Sonne und die Erwärmung der Erdoberfläche durch Reflexion.
Der aus Wolken fallende Niederschlag und der Wasserdampf (Auskämmung und Photosynthese bzw. Atmung) bewässern die terrestrischen Ökotope. Auf den Landmassen können so Gewässer oder Eismassen entstehen, die auch meso- und mikroklimatische Wirkungen haben. Das Verhältnis von Evapotranspiration (Gesamtverdunstung eines Gebietes) zu Niederschlag entscheidet, ob sich trockene (aride, Steppen, Wüsten) oder feuchte (humide, Wälder, Waldsteppen), Klimate)) bilden. Auf den Landmassen ist außerdem die Vegetation eine klimatische Größe (siehe Klimazonen und Vegetation).
Bedeutung des Wassers für die Biosphäre
Grundbaustein des Lebens
Das Leben ist nach dem heutigen Erkenntnisstand im Wasser entstanden (siehe auch Evolution). Autotrophe Schwefelbakterien (Prokaryoten) produzieren aus Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid unter Zufuhr von Lichtenergie organische Kohlenstoffverbindungen und Wasser:
Als Nachfolger nutzten Blaubakterien (Cyanobakterien) und alle späteren autotrophen Eukaryonten das größere Redoxpotential des Wassers: Unter Zufuhr von Licht produzieren sie aus Wasser und Kohlendioxid Traubenzucker und Sauerstoff:
Durch diesen Prozess reicherte sich im Wasser und in der Atmosphäre immer mehr Sauerstoff an. Damit wurde die Gewinnung von Energie durch Zellatmung (Dissimilation) möglich:
Voraussetzung für die Fähigkeit, mit dem giftigen Sauerstoff (Oxidation der empfindlichen Biomoleküle) umzugehen, waren Enzyme wie die Katalase, die eine strukturelle Ähnlichkeit mit dem Sauerstoff transportierenden Hämoglobin aufweist. Aerobe Purpurbakterien nutzten vielleicht als erstes den giftigen Sauerstoff zum energieliefernden Abbau von organischen Stoffen. Nach der Endosymbiontentheorie nahmen anerobe Prokaryoten die aeroben (wahrscheinlich Purpurbakterien) auf: Die Eukaryoten-Zelle entstand, aus denen sich heute höhere Pflanzen und Tiere bilden.
Die erfolgreiche Existenz dieser höheren Lebewesen ist nur möglich, da der freigesetzte Sauerstoff O2, unter ultravioletter Einstrahlung zu O + O dissoziert, an Schwebteilchen zu Ozon O3 reagiert und in der Stratosphäre die Ozonschicht bildet.
Wasser wurde damit zum wichtigen Bestandteil der Zelle und Medium grundlegender biochemischer Vorgänge (Stoffwechsel) zur Energiegewinnung und -speicherung:
Auf Grund des Dipolmomentes und wegen der Viskosität eignet sich Wasser als Lösungs- und Transportmittel. Wasser transportiert Nährstoffe, Abbauprodukte, Botenstoffe und Wärme innerhalb von Organismen (zum Beispiel Blut, Lymphe, Xylem) und Zellen. Die Eigenschaften des Wassers werden bei Pflanzen und Tieren (inklusive Mensch) mannigfaltig, z. B. für die Temperaturregulierung benutzt, in Form von Guttation, Schwitzen, etc., oder z. B. als Basis für antibakterielle Schutzfilme bei Kröten und Fischen.
Pflanzen und Tieren ohne Skelett verleiht der Turgordruck des Wassers Form und Festigkeit. Durch Turgoränderungen können sie sich auch bewegen (zum Beispiel Blattbewegung bei Pflanzen).
Die Stachelhäuter, zu denen die Seeigel, Seesterne und Seewalzen gehören, haben statt eines festen Skelletts ein System hydraulisch arbeitender Gefäße (Ambulacralsystem). Sie bewegen sich durch gezielte Druckänderungen in diesem Gefäßsystem.
Wassergehalt in einigen Nahrungsmitteln:
- Butter 18 Prozent
- Brot 40 Prozent
- Käse 30 bis 60 Prozent
- Joghurt, Milch 87,5 Prozent
- Fleisch 60-75 Prozent
- Apfel, Birne 85 Prozent
- Wassermelone 90 Prozent
- Mohrrüben 94 Prozent
- Gurken, Tomaten 98 Prozent
Wasser und Ökosysteme
In terrestrischen Ökosystemen ist Wasser begrenzender Faktor der Produktivität. Es ist essentiell für den Stoffwechsel von Lebewesen (Biosphäre), sowie für die Herausbildung und Prägung ihrer Standorte (Pedosphäre, Atmosphäre/Klima). Niederschläge speisen Gewässer und Grundwasser als Ressource für das Pflanzenwachstum.
Die mit weitem Abstand größte Biomasse und größte Produktivität stellen die aquatischen Ökosysteme, vor allem die Ozeane bereit, in denen der begrenzende Produktionsfaktor die Menge des im Wasser gelösten CO2 (Kohlendioxid) ist. Die Eigenschaften des Wassers werden mit hoher Effizienz genutzt, z. B. bei der Oberflächenspannung von Insekten, Spinnen, der Dichte und den optischen Eigenschaften von Plankton etc.
Die Dichteanomalie führt in Gewässern zu einer Temperaturschichtung, zu Sprungschichten und Ausgleichsströmungen, die vor allem in limnischen (Süßwasser-) Biotopen charakteristisch sind (siehe Limnologie), aber auch in marinen Ökosystemen anzutreffen sind und genutzt werden (Wale z. B. nutzen die Schallreflexionen an Sprungschichten zur Verbesserung ihrer Kommunikation). Die Dichteanomalie ermöglicht auch das Überleben von Lebewesen bei Frost, da stehende Gewässer nicht bis zum Grund erstarren (Ausnahme flache Gewässer und "Frosttrocknis"). Zusätzlich bewirkt die Dichteanomalie im Frühling und Herbst bei Erreichen einer Oberflächentemperatur von 4°C eine Umwälzung des Wassers und somit einen Austausch von Oberflächen- und Tiefenwasser, der für Nährstoff- und Sauerstoffkreislauf wesentlich ist.
Auch wenn aquatische Ökosysteme durch die Wärmekapazität des Wassers sehr stabile Lebensräume darstellen, haben auch geringere Temperaturschwankungen deutliche Folgen (vgl. Ökosystem See). So wird die Temperaturerhöhung der Ozeane Veränderungen in marinen Ökosystemen zur Folge haben.
Bedeutung des Wassers für die menschliche Gesundheit
Ein Mangel an Wasser oder eine schlechte Wasserqualität führen beim Menschen zu gravierenden gesundheitlichen Problemen, da in diesem Fall die Funktionen des Körpers, die auf das Wasser angewiesen sind, eingeschränkt werden.
Wenn der Wassergehalt des Körpers sinkt, stellt sich zunächst ein Gefühl des Durstes ein. Bei weiter sinkendem Wassergehalt werden Körperfunktionen gestört, dies kann schließlich bis zum Tod durch Verdursten führen.
Eine Faustregel besagt, dass ein Mensch pro Kilogramm Körpergewicht 30 ml Wasser am Tag trinken soll. Bei sportlichen Betätigungen oder besonders warmen Tagen ist das regelmäßige Trinken von Wasser besonders wichtig und der Wasserbedarf gegenüber der Faustregel erhöht.
Auch ein Übermaß an Wasser kann die menschliche Gesundheit beeinträchtigen ("Wasservergiftung"). Durch den extremen, übermäßigen Konsum von Wasser, beispielsweise anlässlich einer Wette oder Mutprobe, kann die Konzentration von Natrium im Blut so stark absinken (Hyponatriämie), dass Flüssigkeit aus den Blutgefäßen in Lunge und Hirn übertritt. Auch dies kann zum Tod führen.
Neben der Wassermenge sollte beim Trinken auch auf die Wasserqualität geachtet werden. Trinkwasser sollte frei von Giftstoffen und gefährlichen Keimen sein. Da diese Überprüfung für einen "Normalmenschen" nicht ohne weiteres möglich ist, sollten Veränderungen des Wassergeschmacks, -geruchs oder der Farbe als Warnhinweis genommen werden.
Es sollte vermieden werden, Wasser in die Lungen gelangen zu lassen. Eine dauerhafte Nässe auf der Haut kann zu Hautpilzen führen.
In der Medizin wird Wasser unter anderem bei der Inhalation zur Heilung, etwa von Husten, benutzt.
Die Anwesenheit von Wasser kann sich auch negativ auf die Gesundheit auswirken, da Wasser bei der Verbreitung von Krankheitserregern beschleunigend wirkt.
Siehe auch: Erkrankungen im Zusammenhang mit Wasser, Hydrotherapie
Technische Bedeutung des Wassers
In vielen Maschinen und Kraftwerken wird Wasser seit jeher genutzt, um Energie zu gewinnen oder mechanische Arbeit zu verrichten.
Ein altes Beispiel, bei dem Wasser benutzt wurde, um mechanische Arbeit zu verrichten, ist die Wassermühle. Das moderne Analogon dazu sind Wasserkraftwerke, bei denen fließendes Wasser in Turbinen Arbeit verrichtet.
Wegen seiner hohen Wärmekapazität kommt Wasser im Kühlmittelkreislauf von Wasserkühlungen zum Einsatz. Darüber hinaus wird Wasser in Kraftwerken aufgrund der hohen Verdampfungswärme zur Kühlung benutzt (Kühlwasser), was zu einem hohen Wasserverbrauch führt: 1991 wurden in Deutschland allein 29 Milliarden m3 Wasser als Kühlwasser in Kraftwerken gebraucht.
Wasserdampf wird in der Technik zum Antrieb von Dampfmaschinen und Dampfturbinen benutzt.
Bedeutung des Wassers für Wirtschaft und Entwicklung
Wasser ist ein sehr wichtiger Faktor für Entwicklung und Wirtschaft. Wichtig für die Wirtschaft sind vor allem folgende Formen des Wassers: Flüsse, da auf ihnen leicht Güter transportiert werden können; Badegewässer als wichtiger Faktor für den Tourismus; Gewässer mit Fischen zum Verzehr. Regen ist sehr wichtig für die landwirtschaftliche Nutzung von Land.
Die Wichtigkeit des Wasser für die Wirtschaft zeigt sich auch in diesen Fällen:
- In vielen Entwicklungsländern ist zu wenig oder nur verschmutztes Wasser vorhanden; alle Industrienationen zeichnen sich aber durch genügend Wasser von guter Qualität aus.
- Die meisten Großstädte grenzen an Flüsse, Seen oder Meere.
Die Anwesenheit von Wasser kann sich aber auch negativ auf Wirtschaft und Entwicklung auswirken: So kann Wasser durch seine Wirkung als Erosionsagent und durch Überschwemmungen große wirtschaftliche Schäden verursachen, wodurch es sich unmittelbar nach solchen Katastrophen beschleunigend auf die Verbreitung von Krankheitserregern, Missernten etc. auswirkt.
Siehe auch: Wasser als Handelsware, Weltwasserforum, Weltwassertag, Jahr des Süßwassers, Virtuelles Wasser
Bedeutung für die Brandbekämpfung
Wasser ist das wichtigste Löschmittel bei den meisten Bränden. Beim Verdampfen des Wassers wird Hitze abgeführt und die brennenden Stoffe werden unter ihre Zündtemperatur gekühlt. Wasser ist hierzu aufgrund seiner hohen molaren Wärmekapazität besonders gut geeignet, denn es kann dadurch sehr viel Wärmeenergie aufnehmen bis es verdampft. Außerdem wird durch das Wasser verhindert, dass Sauerstoff an die brennenden Stoffe gelangt und mit diesen reagiert. Weiterhin ist Wasser sehr gut verfügbar und für die Umwelt nicht schädlich.
Es eignet sich jedoch nicht immer als Löschmittel, da es selbst mit Stoffen reagieren und so den Brand unterstützen kann, zum Beispiel bei Metall- oder Fettbränden. Wenn Wasser auf brennendes Fett gegossen wird, reißt das verdampfende Wasser kleine Fettkügelchen mit sich, die sich explosionsartig entzünden (Fettexplosion). Ein weiterer Nachteil ist seine zum Großteil durch Verunreinigungen hervorgerufene elektrische Leitfähigkeit, zum Beispiel bei Bränden von elektrischen Geräten und Leitungen. Schornsteinbrände dürfen ebenfalls nicht mit Wasser gelöscht werden.
Wasser in den Wissenschaften
Wasserchemie
Die Chemie beschäftigt sich unter anderem mit der Analyse von im Wasser gelösten Stoffen, den Eigenschaften des Wassers, dessen Nutzung, dessen Verhaltensweise in verschiedenen Zusammenhängen. Wasser ist ein Lösungsmittel für viele Stoffe, für Ionenverbindungen, aber auch für hydrophile Gase und hydrophile organische Verbindungen. Sogar gemeinhin als in Wasser unlöslich geltende Verbindungen können in Spuren im Wasser enthalten sein. Daher liegt Wasser auf der Erde nirgends in reinem Zustand vor. Es hat je nach Herkunft die unterschiedlichsten Stoffe in mehr oder weniger großen Konzentrationen in sich gelöst. In der Analytik unterscheidet man unter anderem folgende Wassertypen:
- Reinstwasser
- Demineralisiertes Wasser
- Destilliertes Wasser
- Enteisentes Wasser
- Ätherisches Wasser
- Grundwasser
- Rohwasser
- Trinkwasser (Mineralwasser)
- Oberflächengewässer (Fließ- und Stehgewässer),
- Süßwasser/Salzwasser
- Abwasser, Brackwasser
- Regenwasser
Aber auch bei den wässrigen Auslaugungen (Eluaten) von Sedimenten, Schlämmen, Feststoffen, Abfällen und Böden wird die Wasseranalytik eingesetzt.
Um die Eigenschaften des Wassers und eventuell darin gelöster Stoffe, bzw. damit in Kontakt stehender fester Phasen aufzuklären hat sich die Molekulardynamik-Simulation bewährt.
Siehe auch: Wasserhärte, Gewässergüteklasse, Hydrophobie, Hydrophilie
Wasser in den Geowissenschaften
In den Geowissenschaften haben sich Wissenschaften herausgebildet, die sich besonders mit dem Wasser beschäftigen: die Hydrogeologie, die Hydrologie, die Glaziologie, die Limnologie, die Meteorologie und die Ozeanographie. Besonders interessant für die Geowissenschaften ist, wie Wasser das Landschaftsbild verändert (von kleinen Veränderungen über einen großen Zeitraum bis hin zu Katastrophen, bei denen Wasser innerhalb weniger Stunden ganze Landstriche zerstört), dies geschieht zum Beispiel auf folgende Weisen:
- Flüsse oder Meere reißen Erdmassen mit sich und geben sie an anderer Stelle wieder ab (Erosion).
- Durch sich bewegende Gletscher werden ganze Landschaften umgestaltet.
- Wasser wird von Steinen gespeichert, gefriert in diesen und sprengt die Steine auseinander, weil es sich beim Gefrieren ausdehnt (Frostverwitterung).
- Durch Dürren werden die natürlichen Ökosysteme stark beeinflusst.
Wasser ist nicht nur ein bedeutender Faktor für die mechanische und chemische Erosion von Gesteinen sondern auch für die klastische und chemische Sedimentation von Gesteinen. Dadurch entstehen unter anderem Grundwasserleiter.
Auch interessiert Geowissenschaftler die Vorhersage des Wetters und besonders von Regenereignissen (Meteorologie).
Siehe auch: Gewässer, Gletscher, Permafrostboden, Binnenmeer, Binnensee, Teich, Meer, Ozean, Fluss, Bach, Flussaue.
Wasser in der Hydrodynamik
Die verschiedenen strömungstechnischen Eigenschaften und Wellentypen auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene werden intensiv untersucht, wobei folgende Fragestellungen im Mittelpunkt stehen:
- Optimierung von Bootskörpern und exponierter Baukörper ( zum Beispiel Wehre) - Minimierung des Strömungswiderstandes
- Optimierung des Wirkungsgrades von wassergetriebenen Turbinenrädern
- Untersuchung von Strömungsphänomenen und Resonanzkatastrophen (Tsunami, Monsterwellen)
- Untersuchung der Konsistenz und Qualität des Mediums Wasser aus der Analyse seiner charakterisierenden Strömungseigenschaften. Mit diesem Aspekt beschäftigt sich das Institut für Strömungswissenschaften in Herrischried im Südschwarzwald.
Kulturelle Bedeutung des Wassers
Aufgrund der großen Bedeutung des Wassers wurde es nicht zufällig bereits bei den frühesten Philosophen zu den vier Urelementen gezählt. Thales von Milet sah im Wasser sogar den Urstoff allen Seins.
Wasser in der Mythologie
Wasser ist in der von Empedokles eingeführten und dann vor allem von Aristoteles vertretenen Vier-Elemente-Lehre neben Feuer, Luft und Erde ein Element.
Ebenso ist Wasser in der taoistischen Fünf-Elemente-Lehre (neben Holz, Feuer, Erde, Metall) vertreten. Die Bezeichnung Elemente ist hier jedoch etwas irreführend, da es sich um verschiedene Wandlungsaspekte eines zyklischen Prozesses handelt.
Im antiken Griechenland wurde dem Element Wasser das Ikosaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.
Wasser in der Religion
In den Religionen hat Wasser häufig einen hohen Stellenwert. Oft wird die reinigende Kraft des Wassers beschworen, zum Beispiel bei den Moslems in Form der rituellen Fußwaschung vor dem Betreten einer Moschee, oder im Hindu-Glauben beim rituellen Bad im Ganges. Die christliche Taufe führt, ursprünglich durch das Untertauchen, heutzutage in den meisten Konfessionen nur noch durch Besprengen mit Wasser, zur Aufnahme in die Kirche. Das Untertauchen oder auch Besprengen mit Wasser steht dabei auch symbolisch für die innere Umkehr des Täuflings hin zu Jesus Christus. Durch die Taufe wird die innere Veränderung nach außen bekräftigt. In der katholischen und orthodoxen Kirche spielt das Weihwasser eine besondere Rolle. Vor allem die reinigende Kraft des Wassers gab immer wieder Anlass, über die Bedeutung des Wassers für das Leben und auch für ein Leben nach dem Tod nachzudenken (siehe Taufe; Weihwasser).
Wasser in der Esoterik
In der Esoterik heißt es, Wasser übertrage Informationen durch die so genannte HADO-Energie. Auch der Begriff des Polywassers scheint sich hier noch immer zu halten. Der wissenschaftliche Hintergrund: in den 1960er Jahren haben russische Forscher hochreines Wasser mehrfach destilliert. Sie konnten eine winzige Spur einer zähflüssigen Substanz extrahieren. Wiederholungen an anderen Forschungsinstituten ergaben, dass die Ursache für das sog. Polywasser-Phänomen verschiedene Verunreinigungen waren.
Siehe auch: Belebtes Wasser
Wasser als Trinkwasser und Produkt
Die zur Trinkwasserversorgung nutzbaren Wasservorkommen werden unterschieden in Niederschlagswasser, Oberflächenwasser in Flüssen, Seen, Talsperren, Grundwasser und Quellwasser. Die Nutzung der Gewässer wird im Wasserhaushaltsgesetz (in Deutschland, Österreich und der Schweiz (?)) geregelt. In Mitteleuropa gibt es eine zuverlässige, weitgehend kostendeckende und hochwertige Wasserversorgung, meist noch durch öffentliche Anbieter. Meist kommt Leitungswasser aus der näheren Region, für die der kommunale Versorger auch ökologisch Verantwortung übernimmt. Der weltweite Wassermarkt hat ein Wachstum wie kaum eine andere Branche. Deshalb haben private Anbieter großes Interesse, Wasser als Handelsware zu definieren, um diesen Markt zu übernehmen.
Auch wenn das normale Trinkwasser nicht direkt eine Handelsware darstellt, so wird auch von manchen Organisationen ins Treffen geführt, dass durch die Globalisierung auch ein indirekter Wasserexport, vor allem der Länder der dritten Welt, stattfindet. Das bedeutet beispielsweise, dass für den Anbau von Bananen 1.000 l/m² Boden notwendig ist. Durch Produktionssteigerungen, die für den Export bestimmt sind, fehlt das Wasser der einheimischen Bevölkerung. (Quelle: Wuppertaler Institut)
Wasserverbrauch
Der Wasserverbrauch ist das für den menschlichen Verbrauch benötigte Wasser. Dieses umfasst den unmittelbaren menschlichen Genuss (Trinkwasser) ebenso wie den zum alltägliche Leben (Waschen, Kochen etc.) sowie für die Landwirtschaft, das Gewerbe und die Industrie (siehe Nutzwasser) gegebenen Bedarf. Wie der Wortsinn - verbrauch darlegt, wird hierbei das Wasser im Hinblick auf seine Menge und Qualität geändert. Der Wasserverbrauch ist daher nicht nur eine Kenngröße für die nachgefragte Wassermenge, sondern zumeist auch für die Entsorgung (Kanalisation, Kläranlage)
Der Wasserbedarf in Deutschland betrug 1991 47,9 Milliarden m3, wovon allein 29 Milliarden m3 als Kühlwasser in Kraftwerken dienten. Rund 11 Milliarden m3 wurden direkt von der Industrie genutzt, 1,6 Milliarden m3 von der Landwirtschaft. Nur 6,5 Milliarden m3 dienten der Trinkwasserversorgung. Der durchschnittliche Wasserverbrauch beträgt rund 130 Liter pro Einwohner und Tag (davon etwa 1 Liter zum Trinken, neben Cola, Bier oder anderen Getränken welche ebenfalls Wasser enthalten).
Siehe auch: Abwasser, Nutzwasser
Wasserversorgung
Die Versorgung der Menschheit mit sauberem Wasser stellt Menschen nicht nur in den Entwicklungsländern vor ein großes logistisches Problem. Nur 0,3 % der weltweiten Wasservorräte sind als Trinkwasser verfügbar, das sind 3,6 Millionen km3 von insgesamt ca. 1,38 Milliarden km3, siehe oben Entstehung und Vorkommen. Der Wasserverbrauch in Deutschland liegt bei ca. 130 Liter pro Tag und Person.
Um die Wasserknappheit in niederschlagsarmen Ländern zu lindern, wurden schon verrückt erscheinende Ideen erwägt: so wurde vorgeschlagen, mit Schleppern einen riesigen Eisberg über das Meer zu schleppen, der nur zum Teil schmelzen würde, und von dem auftauenden Eisberg Trinkwasser aufzufangen.
Siehe auch: Wasserverteilungssystem, Wasseraufbereitung, Wasseraufbereitungsanlage, Wasserwirtschaft, Wasserreinhaltung
Gesetzliche Grundlagen und Organisationen
Die wasserrechtlichen Grundlagen der Wasserwirtschaft und des öffentlichen Umganges mit den Wasserresourcen bilden in Deutschland das Wasserhaushaltsgesetz und die Europäische Wasserrahmenrichtlinie. Wichtige Organisationen sind:
Literatur
Allgemeine Inhalte
- Dyck & Peschke (1995): Grundlagen der Hydrologie. 3. Auflage, Verlag Bauwesen. ISBN 3345005867
- Philip Ball (2001): H2O – Biographie des Wassers. Piper Verlag. ISBN 3492041566
Herkunft
- Jörn Müller, Harald Lesch (2003): Woher kommt das Wasser der Erde? - Urgaswolke oder Meteoriten. Chemie in unserer Zeit 37(4), S. 242 – 246, ISSN 00092851
Gesundheit
- Batmanghelidj, F. (2002): Wasser - die gesunde Lösung. Ein Umlernbuch. VAK Verlag. ISBN 3924077835
- Batmanghelidj, F. (2003): Sie sind nicht krank, Sie sind durstig! Heilung von innen mit Wasser und Salz. VAK Verlag. ISBN 3935767250
Wasserchemie
- Günter Wieland (1999=: Wasserchemie. 12. Auflage, Essen. ISBN 3802725425
- Bernd Naumann (1994): Chemische Untersuchungen der Lebensgrundlage Wasser. Herausgeber: Landesinstitut für Lehrerfortbildung, Lehrerweiterbildung und Unterrichtsforschung von Sachsen-Anhalt (LISA)], (=Anregungen zur ökologischen Bildung, Bd. 2), Halle.
Eigenschaften
- Klaus Scheffler (1981): Wasserdampftafeln: thermodynam. Eigenschaften von Wasser u. Wasserdampf bis 800°C u. 800 bar, Berlin [u.a.] ISBN 3540109307
- Leopold Lukschanderl (1991): Wasser: der Stoff, der zwar gewöhnlich aussieht, aber ganz außergewöhnliche Eigenschaften besitzt. Wien. ISBN 3851280628
- L.A. Guildner, D.P. Johnson und F.E. Jones (1976): Vapor pressure of Water at Its Triple Point. J. Res. NBS - A, Vol. 80A, No. 3, p. 505 - 521
Nutzung und Schutz
- Christian Opp (Hrsg.): Wasserressourcen - Nutzung und Schutz (=Beiträge zum Internationalen Jahr des Süßwassers 2003) Marburg/Lahn 2004, 320 S., ISBN 3883530492
Weblinks
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