DIPL. ING. RENE J. MAIER
SV WASSERBAU
H2O physikalische besonderheiten
dichteanomalie des wassers
Ein Wassermolekül besteht aus 2 Wasserstoffatomen, die mit einem Sauerstoffatom eine Bindung eingehen...H2O. Gemäß der Wärmelehre dehnen sich Stoffe bei einer Temperaturerhöhung, also Erwärmung, aus und verringern dabei ihre Dichte.
Wasser weist seine höchste Dichte bei 4 Grad Celsius auf. Über 4 Grad Celsius nimmt die Dichte wieder ab, also gemäß der Wärmelehre ok. Jedoch unter 4 Grad Celsius widerspricht Wasser dem Wärmelehreprinzip, denn es dehnt sich auch beim Abkühlen aus. Dies wird als Dichteanomalie des Wassers bezeichnet. Aufgrund des eigenartigen Verhaltens des Wassers, bei 4 Grad Celsius die höchste Dichte (spezifisches Gewicht) aufzuweisen, friert Wasser bei Seen im Generellen grundsätzlich von oben nach unten.
Warum: Eisbildungen sind im Allgemeinen bei 0 Grad Celsius zu beobachten. Da Eis gegenüber 4 Grad kaltem Wasser ein kleineres spezifisches Gewicht (Dichte) aufweist schwimmt es auf bzw. an der Oberfläche. Es ist damit die Grundlage des Lebens im Wasser gesichert, da ansonsten Seen und Meere aufgrund ihrer tiefen Temperaturen von unten nach oben zufrieren würden und damit ganze Weltmeere vom Meeresboden bis wenige Meter zur Wasserfläche durchgefroren sein müssten.
So ein Glück, dass Eis leichter als Wasser ist ...
kapillarität
Wasser hat die Eigenschaften in engen Querschnitten oder Röhrchen nach oben zu steigen. Der Grund hierfür ist die benetzende Eigenschaft der Flüssigkeit Wasser. Dieser Effekt hängt damit zusammen, dass die Adhäsionskraft (Anziehungskraft der Wassermoleküle zu den Umgebungsmolekülen einer z.B. Glasröhre) des Wassers gegenüber der Kohäsionskraft ( Anziehungskraft der Wassermoleküle untereinander) größer ist.
Diesem kleinen Detail verdanken die Pflanzen die Möglichkeit über ihre feinen Versorgungskapillaren Wasser aus dem tiefen Boden bis in die höchsten Spitzen der Baumkronen steigen zu lassen. Nebenbei verdankt auch das Blut, selbstverständlich auch mit einem gehörigen Wasseranteil von ca. 50%, dieser Eigenschaft die Möglichkeit entfernteste Zellen mitzuversorgen.
mpemba effekt
Bereits seit Aristoteles ist bekannt, dass zuvor erhitztes Wasser, also heißes Wasser im Vergleich zu normaltemperierten Wasser bei anschließender Frostaussetzung schneller gefrieren kann. Dieses Paradoxon ist als Volksweisheit zum Teil bekannt, z.B. Autowäschen mit heißem Wasser im Winter können eine raschere Eisfilmbildung am Fahrzeug bewirken.
summa summarum
Es gibt noch eine Vielzahl an Eigentümlichkeiten. Die Wissenschaft hat längst nicht alle Zusammenhänge durchleuchtet.
Irgendwie scheint das Wasser aufgrund der Wasserstoffbrücken zwischen den einzelnen Wassermolekülen einem wechselhaften Ordnungscharakter zu unterliegen, dem andere Flüssigkeiten nicht oder nur zum Teil folgen. Jedoch kann man diese physikalisch-chemischen Vorgänge aufgrund des raschen Wechselverhaltens von Milliarden an Bindungswechseln dieser Brücken innerhalb kürzester Zeit nur im Ansatz und unter höchsten Laboransprüchen verfolgen.
So wie das Blut des Menschen ein entscheidendes Versorgungssystem darstellt bildet das Wasser die Grundlage des Nährstoffkreislaufes der Erde ab. Die Temperatureinflüsse von Strömungen in Flüssen auf die Bewegungen des Wassers und die klimatischen Zusammenhänge der Verdunstungsbildungen in Meeresströmungen und in Flussläufen sind noch wenig erforscht und bieten ein riesiges Repertoire der Wissensforschung für zukünftige Generationen.