Natur und Chemie des Wassers

Was ist eigentlich „Wasser“?

Das Wort „Wasser”
Das Wort leitet sich vom althochdeutschen „wazzar” (das Feuchte, Fließende) ab.

Chemisch
Chemisch betrachtet ist Wasser (H₂O) eine Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H).
Die Atome befinden sich nicht auf einer geraden Linie. Zwischen den beiden H-Atomen und dem O-Atom liegt ein Winkel von ca. 108 Grad.

Durch diesen Winkel ist das Molekül nach außen nicht völlig neutral. Es trägt am O-Atom eine negative Ladung und an den H-Atomen positive Ladungen (Dipol). Dadurch ziehen sich Wassermoleküle gegenseitig an. Diese asymmetrische Anordnung der positiven und negativen Ladungen im Wassermolekül wird „Wasserstoffbrückenbindung“ genannt.

Diese Oberflächenspannung des Wassers ermöglicht kleinen Tieren, wie dem „Wasserläufer” auf dem Wasser zu laufen, ohne im Wasser zu versinken.
Die Oberflächenspannung kann aber durch Zugabe von z.B. Spülmittel zerstört werden.

Laufen auf der Wasseroberfläche: die Wasserläufer

Warum „fließt“ Wasser aus dem Wasserhahn wie ein „Wasserseil“?

Fließendes Wasser ist nichts anderes als eine Reihe von Wassertropfen, die sich in dieser Anordnung fortbewegen. Wie auf eine Schnur gezogen. Ein Tropfen folgt dem anderen, sie kleben aufgrund der Kohäsionskraft (Zusammenhangskraft).

Der Abfluss in Badewanne oder Waschbecken ist kreisrund. Hat der heran fließende Wassertropfen ausreichend Schwung, dann folgt er dieser Form. Er läuft im Kreis. Nachfolgende Tropfen gehen denselben Weg. In größerer Menge entsteht aus dieser Kreisbewegung ein Strudel in der Badewanne.

Durch die feste Verbindung der Wassermoleküle können Pflanzen das Wasser aus den Wurzeln in die Blätter hochsaugen.

Fest, flüssig, gasförmig - die Formen (Aggregatzustände) des Wassers

H2O (Wasser) ist die einzige chemische Verbindung auf der Erde, die natürlich in allen drei Aggregatzuständen vorkommt: Eis (fest gefroren), Wasserdampf (gasförmig) und flüssig.

Wasser schmilzt auf der Erde bei 0 °C und siedet bei 100 °C.

Bei ca. 4 °C erreicht Wasser sein Dichtemaximum. Wird es noch weiter abgekühlt, friert es zu Eis und dehnt sich wieder aus. Aus diesem Grund können Eisberge schwimmen und ein tiefer See friert auf dem Grund nicht zu. Viele im Wasser lebende Tiere können so den Winter überstehen. Randvoll mit Wasser dicht geschlossene Glasflaschen können beim Einfrieren platzen. Das gilt auch für Regentonnen aus Kunststoff, wenn sie nicht rechtzeitig vor dem Winter entleert werden.

Die drei Aggregatzusände des Wassers auf einem Bild

Wasser als Lösungsmittel

Wasser ist ein gutes Lösungsmittel für verschiedene Stoffe. Beim Lösen eines Stoffes zerfallen diese in negativ und positiv geladene Ionen. Diese schwimmen im Wasser und können andere Verbindungen eingehen.

Öl und Wachs dagegen sind nicht in Wasser löslich. Das Öl schwimmt in Tropfenform auf und im Wasser. Auch nach kräftigem Rühren verteilen sich die Öltröpfchen auf dem Wasser. Gibt man etwas Spülmittel hinzu, mischen sich die Teilchen nicht mehr und es entsteht eine Emulsion. Zum Beispiel Cremes und Bodylotions.

Positiv und negativ geladene Ionen (=Teilchen) wie Salze oder andere polare Flüssigkeiten lösen sich sehr gut im Wasser.

Die meisten festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe können vom Wasser aufgenommen werden. Das ist insbesondere für den Nährstoffhaushalt bedeutsam und für die Versorgung mit Sauerstoff.

Löst man Salz in Wasser, dann gefriert diese Lösung erst unter 0°C. Deshalb kann im Winter Salz zum Auftauen gestreut werden. Der Gefrierpunkt kann bis zu Minus 21°C herabgesetzt werden.

Wasserverdunstung

Die Aufnahme von Wasser in die Erdatmosphäre durch Verdunstung spielt sich überwiegend auf der Erdoberfläche (Wasserflächen, Pfützen, Böden und Pflanzen) ab. Sofern die Luft nicht mit Wasserdampf gesättigt ist, verdunstet Wasser schon bei Raumtemperatur. Auf dem Prinzip der Wasserverdunstung basiert das Freilufttrocknen von Wäsche oder das Verschwinden von Wasserpfützen.

Beim Schwitzen wird Wasser über die Haut abgegeben und verdunstet. Dem Körper wird Wärmeenergie entzogen. Die Hautoberfläche kühlt ab.

Pflanzliche Blätter, die sich der Sonnenstrahlung nicht entziehen können, verdunsten durch Spaltöffnungen auf der Unterseite der Blätter und senken dadurch die Temperatur.

Säugetiere wie z.B. Hunde verschaffen sich durch Hecheln Kühlung. Der asiatische Elefant kann mit dem Rüssel Speichel aus den Backentaschen holen und ihn über den Körper verteilen. Der afrikanische Elefant, der diese Möglichkeit nicht hat, besitzt dafür große Ohren. Er gibt die überschüssige Wärme über die gut durchbluteten Ohren, die von bis zu 14 Litern Blut pro Minute durchflossen werden, ab.

Wärmespeicherung

Wasser kann besonders viel Wärme aufnehmen und erwärmt sich dabei relativ langsam. Es hat eine sehr hohe Wärmekapazität.

Aus diesem Grund haben große Wasserflächen einen enormen Einfluss auf das Klima.

In der Nähe großer Wasserflächen herrscht ein ozeanisches Klima, d.h. milde Winter und relativ kühle Sommer. Im Inneren von Kontinenten gibt es eher heiße Sommer und kalte Winter.

Wasser als Wärmeleiter

Wasser kann Wärme auch relativ schnell und leicht aufnehmen, da die Wassermoleküle besonders dicht sind. Da Wasser Wärme schlecht leitet, kühlt der menschliche Körper rasch aus. Das Wasser gibt aber verhältnismäßig langsam Wärme ab. Bei einem längerem Aufenthalt im Wasser bei einer Wassertemperatur von unter 18 °C empfiehlt sich ein Neoprenanzug.

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