1. Das Wassermolekül ist erstaunlich
Nicht nur Wasser im alltäglichen Sinne, das Wassermolekül selbst ist etwas ganz Besonderes, denn die drei Atome des H2O bilden einen Winkel von 105° - eine ungewöhnliche Form. Dabei halten sich die beiden Elektronen des Wasserstoffs bevorzugt in Sauerstoffnähe auf, wodurch das Molekül elektrisch polar wird, nämlich positiv aufseiten der beiden Wasserstoffkerne und negativ in der Umgebung des Sauerstoffs.
2. Wasser hat als Flüssigkeit eine Struktur
Die gewinkelten Wassermoleküle sind die Ursache dafür, dass sich die einzelnen Moleküle über sog. Wasserstoffbrücken zu Netzwerken, Wassercluster genannt, zusammenfügen. Es wirken elektrische Anziehungskräfte. Besonders stabil sind hexagonale Ringstrukturen. Je nach Temperatur sind es manchmal nur wenige Moleküle, die dann schnell wieder auseinanderbrechen. Manchmal jedoch auch große Bereiche, die sich ständig wieder verändern. Aber: Nur wenige Wassermoleküle sind wirkliche "Singles".
3. Besonderheiten bei der Eisbildung
Nicht nur das Molekül und die Flüssigkeit weisen bei Wasser Besonderheiten auf, auch Wassereis ist ein Spezialfall. Kühlt man Wasser ab, so wird die Cluster- bzw. Netzstruktur weiter ausgebaut - die Bereiche vergrößern sich. Allerdings tritt bei 4 °C ein sog. Dichtemaximum auf, bei geringeren Temperaturen überkompensiert sich Clusterbildung die normale Kältekontraktion, die man bei anderen Stoffen findet. Am Gefrierpunkt schließlich ordnen sich alle Moleküle regelmäßig in einer hexagonalen Struktur an, einzelne Lagen sind miteinander durch Tetraeder verbunden - die typische Eisstruktur. Dies erklärt die starke Volumenzunahme: Eis hat eine geringe Dichte als flüssiges Wasser, ein Grund, dass Eis oben schwimmt.
4. Schneeflocken - der Spiegel der Eisstruktur
Wer hat nicht schon über die Besonderheiten einzelner Eiskristalle gestaunt? Die hexagonale Anordnung der Wassermoleküle im Eis spiegelt sich auch in den sternförmigen Kristallen der Schneeflocken wider. Sogar Eisblumen, die sich direkt aus der Feuchtigkeit der Luft an kalten Fensterscheiben niederschlagen, lassen die Kristallstruktur erahnen.
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