Lexikon

Wasser

Wasserstoffoxid

chemische Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff, Formel H₂O, eine farb-, geruch- und geschmacklose Flüssigkeit. Neben dem flüssigen Aggregatzustand kommt es auch im festen, also gefrorenen Zustand als Eis und im gasförmigen Zustand als Wasserdampf vor. Bei Normaldruck (1013,25 hPa) hat es seinen Siedepunkt bei 100 °C und seinen Schmelzpunkt oder Gefrierpunkt bei 0 °C. Siede- und Schmelzpunkt des Wassers sind die Fixpunkte der Celsius-Temperaturskala.

„Anomalie des Wassers“

Wasser weist in mancher Hinsicht ungewöhnliche (anomale) Eigenschaften auf: Während sich fast alle Flüssigkeiten beim Erstarren zusammenziehen und sich dadurch ihre Dichte erhöht, dehnt sich Wasser beim Gefrieren aus. Es hat seine größte Dichte bei 4 °C (1,0 g/cm³); bei 0 °C hat Eis nur eine Dichte von 0,9168 g/cm³. Dies hat zur Folge, dass Eis auf dem Wasser schwimmt und Gewässer nur an der Oberfläche zufrieren, nicht aber bis zum Grund, so dass Wasserorganismen auch bei tiefen Wintertemperaturen überleben können. Gefrierendes Wasser lässt Wasserleitungen platzen und kann Gestein absprengen (Frostverwitterung). Eigenartig ist auch, dass Wasser überhaupt bei normaler Temperatur flüssig vorliegt und sein Siedepunkt sehr hoch ist. Andernfalls wäre alles Wasser gasförmig wie etwa das Kohlendioxid.

Der Grund für diese ungewöhnlichen Eigenschaften liegt in der gewinkelten Struktur des Wassermoleküls. Zwei Wasserstoffatome bilden mit dem Sauerstoffatom ein gleichschenkliges Dreieck, das einen Winkel von 104,5° einschließt. Sauerstoff zieht aufgrund seiner größeren Elektronegativität Bindungselektronen stärker an als Wasserstoff. Dadurch bekommt er eine negative Polarität, während die beiden Wasserstoffatome eine positive Polarität aufweisen. Das Wassermolekül ist also ein Dipol mit großem Dipolmoment. Dadurch bestehen zwischen den Wassermolekülen Anziehungskräfte, die zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen führen. Diese sind jedoch schwach und bestehen immer nur Bruchteile von Sekunden, zerfallen und formieren sich neu. So entsteht ein sich stets verändernder Verbund von Wassermolekülen (Cluster-Modell). Auch die besonders gute Eignung von Wasser als Lösungsmittel für polare Stoffe beruht auf dieser Struktur.

Bedeutung des Wassers

Die Erdoberfläche ist zu etwa 71% mit Wasser bedeckt. Das meiste Wasser befindet sich als Salzwasser in den Ozeanen (ca. 97%). Der Rest entfällt in Form von Süßwasser auf Seen und Flüsse, Grundwasser, Gletscher und Polareis, Boden- und Luftfeuchtigkeit. Wiederum nur ein geringer Teil hiervon ist als Trinkwasser zugänglich. Das natürlich vorkommende Wasser, ob Salz- oder Süßwasser, enthält wechselnde Mengen von Salzen (z. B. Alkali- und Erdalkalisalze) und Gasen (z. B. Kohlendioxid, Sauerstoff), ferner organische Verbindungen und Bakterien. Beim Trinkwasser sind mineralische Bestandteile erwünscht, nicht aber organische Verbindungen oder Bakterien. Es muss daher meist einer Wasseraufbereitung unterzogen werden.

Wasser bewegt sich in einem ständigen Kreislauf: Es verdunstet und geht dabei in den gasförmigen Zustand (Wasserdampf) über, kondensiert bei Abkühlung der Luft und gelangt in Form der verschiedenen Niederschlagsarten zur Erdoberfläche zurück (Wasserkreislauf). Wasser ist ein wichtiges Klimaelement und durch Verwitterung und Erosion auch maßgeblich für die Gestaltung der Erdoberfläche.

Wasser bildet den Hauptbestandteil der Lebewesen. So besteht ein erwachsener Mensch etwa zu 70% aus Wasser und setzt täglich ca. 2,5 l Wasser um, die aus Trinkflüssigkeit, Nahrung und Stoffwechselreaktionen stammen. Pflanzen bestehen meist zu einem noch höheren Prozentsatz aus Wasser. Da sich die physiologisch-chemischen Vorgänge in wässrigen Lösungen abspielen, ist es für den Ablauf der Lebensvorgänge unentbehrlich.

Wasser wird in großen Mengen für die verschiedensten technischen Zwecke benötigt: als Reinigungs- und Lösemittel, zur Bewässerung, zur Energiegewinnung und als Kühlmittel. Die größten industriellen Wasserverbraucher sind die chemische Industrie, die Eisen- und Hüttenwerke und die Papierindustrie. Nur geringe Mengen werden zur Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse verwendet. Wasser entsteht u. a. bei der Entzündung von Knallgas unter starker Wärmeentwicklung. Schweres Wasser.

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