Dichteanomalie des Wassers Ursache?
Hallo,
ich versteh die Dichteanomalie des Wassers. Aber ich frage mich eigentlich WIE es dazu kommt? Wieso ordnen sich die Moleküle so beim Eis? Warum ausgerechnet 4 grad?
Kann mir jemand helfen?
danke!
3 Antworten
Das hat mit intermolekularen Kräften zu tun.
Je heißer etwas ist, desto mehr Energie hat jedes Molekül (oder Atom, je nachdem).
Im Wasser haben die Moleküle bei kühleren Temperaturen (unter 273K) eine geringe Energiemenge, so dass die Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen relativ fest bleiben. Die Moleküle haben nicht genug Energie, um aus den Wasserstoffbrücken auszubrechen, so dass sie dort bleiben, wo sie sind. Im Wasser führen diese Wasserstoffbrücken zu einer Kristallstruktur, die viel Platz einnimmt.
Wenn du Wasser erwärmst (zwischen 273K und 277K), sind immer mehr Moleküle in der Lage, sich von den Wasserstoffbindungen zu lösen, die sie vorher eingeschlossen haben. Dadurch kollabiert die Struktur ein wenig und es kommt zur Schrumpfung.
Sieht man sich das Molekül an
https://www.br.de/telekolleg/faecher/chemie/telekolleg-chemie-04-polare-molekuele-100.html
dann erkennt man, daß am großen O 2 rel. kleine H hängen.
Die Form leitet sich von einem Tetraeder her, bei dem 2 Postionen durch die H-Atome und 2 durch freie El. paare besetzt sind.
Wenn sich also Wassermoleküle im Eis aneinander lagern, dann passiert das über die H-Brücken. Jeder O hat 4 Tetraedernachbarn: 2 eigene H-Atome und 2 Brückennachbarn. Das ist eine rel. lockere Packung, wenn man Kugeln (z.B. Orangen) übereinander stapelt, gibt es 12 nächste Nachbarn (dichteste Kugelpackung).
Schmilzt Eis, kommt es zu dieser Umorientierung, die Moleküle verhalten sich jetzt fast wie ideale Kugeln, immer mehr nimmt die Dichte (bis 4°C)zu.
Bei stärkerer Erwärmung bewegen sich die Teilchen immer mehr, brauchen mehr Platz, Dichte nimmt wieder ab.
Wasser hat enorm viele Anomalien und alle hängen letztlich mit der Wasserstoffbrückenbindung zusammen. Bei etwa 3,98°C haben die einzelnen Cluster, zu denen sich die Wassermoleküle durch die WBB zusammenfinden, die kleinste Dichte. Bei noch geringeren Temperaturen nimmt der Platz, den die Cluster benötigen wieder zu, die Dichte sinkt.