Wasser: Eigenschaften, Phasen, Härte und Bedeutung

Wasser

In der Verbindung hat jedes Wassermolekül zwei Wasserstoffatome (H) und ein Sauerstoffatom (O). Das Wassermolekül ist gewinkelt. Der Bindungswinkel H–O–H beträgt ca. 105° und die beiden O–H-Bindungen sind polar-kovalent. Dadurch ist das Molekül insgesamt polar.

Wasserstoffbrücken

Zwischen mehreren Molekülen können Wasserstoffatome eine Brücke zu benachbarten, elektronegativeren Atomen (z. B. Sauerstoff) bilden. Diese Wechselwirkungen nennt man Wasserstoffbrücken und sie sind für viele besondere Eigenschaften des Wassers verantwortlich.

Wasser im Menschen

Ein Mensch hat durchschnittlich etwa 2,6 L Wasser (Anmerkung: hier wurden die ursprünglichen Zahlen übernommen). Dieses Volumen verteilt sich auf etwa 1,3 L in Trinkwasser, 1,0 L in Lebensmitteln und 0,3 L, die durch den Stoffwechsel produziert werden. Die Wasserverluste gliedern sich in etwa 1,4 L im Urin, 1,0 L durch Transpiration und Verdunstung über Haut und Lunge sowie 0,21 L mit dem Stuhl.

Verteilung von Wasser und Land auf der Erde

Das gesamte auf der Erde vorhandene Wasser bezeichnet man als Hydrosphäre. Dazu gehören Ozeane, Meere, Seen, Eiskappen, Grundwasser, Flüsse sowie das in Lebewesen und in der Atmosphäre gebundene Wasser. Auf der Erde entfallen etwa 29 % auf Land und 71 % auf Wasser; davon sind rund 68 % Salzwasser und circa 3 % Süßwasser.

Festes Wasser: Eis

In fester Form (Eis) sind die Wassermoleküle so angeordnet, dass eine offene Struktur entsteht. Zwischen dem Sauerstoff eines Wassermoleküls und dem Wasserstoff eines benachbarten Moleküls bestehen Wasserstoffbrücken. Die Dichte von Eis ist geringer als die Dichte von flüssigem Wasser.

Phasendiagramm des Wassers

Unter 1 Atmosphäre Druck liegt der Gefrierpunkt von Wasser bei 0 °C und der Siedepunkt bei 100 °C. Auf etwa 4500 m Höhe beträgt der Druck ungefähr 0,6 atm, und Wasser siedet dort bei etwa 86 °C. Am Tripelpunkt koexistieren Wasser in allen drei Aggregatzuständen; dieser liegt bei 0,01 °C und 0,00603 atm.

Elektrolyse von Wasser

Mit elektrischer Energie kann Wasser elektrolysiert werden:

2 H₂O → 2 H₂ + O₂

Eigenschaften des Wassers

• Sehr geringe elektrische Leitfähigkeit (reines Wasser).
• Wärmeregulator: Wasser kann Wärme aufnehmen oder abgeben, ohne dass sich seine Temperatur stark ändert, aufgrund seines hohen spezifischen Wärmevermögens.
• Neutral in Bezug auf Säure-Basen (pH neutral bei 7 unter Standardbedingungen).
• Große Fähigkeit, viele Stoffe zu lösen (gutes Lösungsmittel).

Wasserhärte

Die Wasserhärte hängt von der Menge gelöster Salze im Wasser ab:

• Weiches Wasser: Enthält kaum gelöste Ionen, z. B. destilliertes Wasser.
• Hartes Wasser: Enthält vor allem Calcium- und Magnesiumionen. Diese Salze bilden Ablagerungen (Kalk) in Wasserkochern, industriellen Kesseln, Rohren und anderen Geräten.

Man unterscheidet weiter:

• Temporäre (vorübergehende) Härte: Wird durch Carbonate bzw. Hydrogencarbonate von Calcium und Magnesium verursacht. Diese Art der Härte kann durch Kochen des Wassers entfernt werden, da die entsprechenden Verbindungen teilweise ausfallen.
• Permanente Härte: Wird durch Sulfate von Calcium und Magnesium verursacht; diese Salze sind beim Kochen nicht leicht zu entfernen.

Wärmekapazität

Die Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Körpers um einen bestimmten Betrag zu ändern. Die Wärmekapazität von Wasser ist höher als die der meisten anderen Flüssigkeiten und Feststoffe; die spezifische Wärme beträgt etwa 1 cal/g·°C.

Oberflächenspannung

Wasser besitzt eine sehr hohe Oberflächenspannung. Dadurch wirkt Wasser an der Oberfläche "klebrig" und elastisch; es neigt dazu, Tropfen zu bilden, statt sich gleichmäßig zu verteilen.