Hat warmes oder kaltes Wasser mehr Volumen?

Hat warmes oder kaltes Wasser mehr Volumen? Die Anomalie von Wasser

Intuitiv nehmen wir an, dass sich Wasser wie die meisten anderen Substanzen verhält, d. h. es dehnt sich bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Überraschenderweise verhält sich Wasser jedoch unterhalb von 4 °C anders.

Die maximale Dichte von Wasser

Im Gegensatz zu den meisten Flüssigkeiten erreicht Wasser seine maximale Dichte nicht bei seinem Gefrierpunkt (0 °C), sondern bei einer Temperatur von 4 °C. Bei dieser Temperatur ist Wasser am schwersten und nimmt das geringste Volumen ein.

Anomale Ausdehnung bei Abkühlung

Paradoxerweise dehnt sich Wasser unterhalb von 4 °C aus, wenn es abgekühlt wird. Dies bedeutet, dass kaltes Wasser (unterhalb von 4 °C) ein größeres Volumen einnimmt als warmes Wasser (über 4 °C).

Weshalb ist Wasser eine Ausnahme?

Diese ungewöhnliche Eigenschaft ist auf die Struktur der Wassermoleküle zurückzuführen. Wassermoleküle sind aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom aufgebaut, die durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Bei höheren Temperaturen sind die Wassermoleküle schneller in Bewegung und diese Wasserstoffbrückenbindungen werden häufiger gebrochen. Dies führt zu einer lockereren Molekülstruktur und damit zu einer Ausdehnung des Wassers.

Unterhalb von 4 °C beginnen sich die Wasserstoffbrückenbindungen zu verstärken und bilden ein “offeneres” Gitter. Dadurch können sich die Wassermoleküle weiter voneinander entfernen und so das Volumen des Wassers erhöhen.

Bedeutung für aquatisches Leben

Die anomale Eigenschaft von Wasser ist für das Überleben von Wasserlebewesen von entscheidender Bedeutung. Wenn Wasser sich wie die meisten anderen Flüssigkeiten verhalten würde, würde gefrorenes Wasser am Grund von Seen und Ozeanen sinken und das darunter liegende Wasser würde sich abkühlen und ebenfalls gefrieren. Dies würde schließlich zu einer Eisbildung am gesamten Boden und zum Absterben des Wasserlebens führen.

Da sich Wasser jedoch unterhalb von 4 °C ausdehnt, bildet sich Eis an der Oberfläche und isoliert das darunter liegende Wasser, das immer noch flüssig bleiben kann. Dies ermöglicht das Überleben von Pflanzen und Tieren in kälteren Gewässern.

Fazit

Die anomale Eigenschaft von Wasser, sich unterhalb von 4 °C auszudehnen, ist eine Folge der einzigartigen Struktur von Wassermolekülen und Wasserstoffbrückenbindungen. Diese Eigenschaft ist für das aquatische Leben von entscheidender Bedeutung und beeinflusst auch eine Vielzahl anderer Naturprozesse, wie z. B. die Bildung von Wolken und die Zirkulation von Meeresströmungen.