Was löst sich nicht in Wasser auf?

Was Wasser nicht auflösen kann: Ein Blick auf die hydrophobe Welt

Wasser, das universelle Lösungsmittel, spielt eine entscheidende Rolle in unserem Leben und der Natur. Doch trotz seiner beeindruckenden Lösungsfähigkeit gibt es eine Vielzahl von Stoffen, die sich hartnäckig seiner Umarmung widersetzen. Diese wasserunlöslichen Materialien, auch hydrophob genannt, begegnen uns täglich und prägen unsere Welt in vielfältiger Weise.

Während Salze, Zucker und viele andere polare Substanzen sich mühelos im Wasser lösen, stoßen unpolare und einige stark gebundene Stoffe auf eine unsichtbare Barriere. Die Ursache liegt in den unterschiedlichen chemischen Eigenschaften. Wassermoleküle sind polar, das heißt, sie besitzen eine positive und eine negative Ladungsseite. Sie ziehen sich gegenseitig an und bilden ein starkes Netzwerk aus Wasserstoffbrückenbindungen. Um einen Stoff zu lösen, muss Wasser diese Bindungen aufbrechen und neue mit dem Stoff eingehen. Dies gelingt nur, wenn die Anziehungskräfte zwischen Wasser und dem Stoff stärker sind als die Kräfte innerhalb des Wassers selbst.

Bei hydrophoben Stoffen ist dies nicht der Fall. Sand beispielsweise, der hauptsächlich aus Siliziumdioxid (SiO₂) besteht, bildet ein riesiges, dreidimensionales Netzwerk aus starken chemischen Bindungen. Die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen und dem SiO₂-Netzwerk sind zu schwach, um diese Bindungen zu überwinden. Daher bleibt der Sand auch im Wasser als Granulat erhalten.

Ähnlich verhält es sich bei vielen Metallen wie Kupfer und Eisen. Ihre Atome sind durch metallische Bindungen fest miteinander verbunden. Diese Bindungen sind ebenfalls zu stark, um von Wassermolekülen aufgebrochen zu werden. Deshalb rostet Eisen zwar im Wasser, da es mit dem Sauerstoff reagiert, aber es löst sich nicht auf. Rost selbst ist ebenfalls wasserunlöslich.

Öl und Fett, die hauptsächlich aus unpolaren Kohlenwasserstoffketten bestehen, bilden eine weitere Kategorie wasserunlöslicher Stoffe. Die unpolaren Moleküle des Öls wechselwirken nur schwach mit den polaren Wassermolekülen. Stattdessen ziehen sich die Wassermoleküle weiterhin stark untereinander an und “schließen” das Öl aus, wodurch sich die charakteristischen, voneinander getrennten Phasen bilden.

Diese Eigenschaft der Wasserunlöslichkeit hat weitreichende Konsequenzen. Sie ermöglicht es uns, Schiffe aus Metall zu bauen, die auf dem Wasser schwimmen, und Häuser aus wasserabweisendem Material zu errichten. Sie beeinflusst die Bildung von Landschaften, den Transport von Nährstoffen in der Umwelt und spielt eine entscheidende Rolle in biologischen Systemen, wie zum Beispiel bei der Bildung von Zellmembranen. Die hydrophobe Welt ist somit nicht nur vielfältig und faszinierend, sondern auch essentiell für das Leben, wie wir es kennen.