Wieso nimmt bei Wasser bei einer Temperaturzunahme von 4° auf 8° das Volumen nur um 0,1% und bei Abkühlung von 4° auf 0° aber um 10% zu?
Ich nehme an dass das irgendetwas mit den Wasserstoffbrückenbindungen zu tun hat? Die bilden sich ja wenn das Wasser friert soweit ich das richtig verstanden habe. Nimmt dann damit die Dichte zu oder ab? Ich dachte eigentlich zu, weshalb das Volumen bei Abkühlung doch eigentlich kleiner sein müsste oder?
3 Antworten
Das wird durch die Dichteanomalie des Wassers beschreiben.
Im Allgemeinen nimmt die Dichte mit sinkender Temperatur zu. Das ist auch bei Wasser der Fall, nur gibt es dort eine Ausnahme. Nämlich bei etwa 4 Grad Celsius. Dort ist das Wasser am dichtesten.
Grund dafür ist, dass sich die H2O-Moleküle im festen Zustand (Eis) anders anordnen. Sie bilden Wasserstoffbrücken und sind somit weniger dicht als flüssiges Wasser.
Diese Anomalie des Wassers, begründet durch die Anordnung der Moleküle, erklärt also, weshalb Eis weniger dicht ist als flüssiges Wasser, und weshalb die Dichte von 4 Grad Celsius auf 0 Grad Celsius wieder zunimmt.
wasser ist am dichtesten bei 4°C. wenn es dann erwärmt wird bleibt es flüssig, kann sich also nicht sonderlich weit ausdehnen.
wird es aber weiter abgekühlt gefriert es und im eis ist jede menge luft eingeschlossen weswegen das volumen größer werden muss.
Wenn Du Kanonenkugeln, Orangen was immer den gleichen Durchmesser hat aufeinander stapelst, kriegst Du eine dichteste Kugelpackung. Da hat
jede Kugel 12 nächste Nachbarn, dichter geht es nicht.
So ungefähr! muß man sich Wasser bei 4° C vorstellen.
Im Wassermolekül hat das O-Atom 4 Elektronenpaare, die sich möglichst
aus dem Weg gehen, daher weisen sie in die Ecken eines (leicht
verzerrten) Tetraeders (s. Tetrapack). An 2 Paaren hängen die beiden
eigenen H-Atome, die beiden anderen sind rel. lockere Bindungen zu
H-Atomen der Nachbarmoleküle (H-Brücken). Also hat jeder Sauerstoff 4
nächste Nachbarn
Aber: das nur, wenn keiner die lockeren Bindungen kaputt macht. Das
passiert im festen Eis und teilweise schon oberhalb des Gefrierpunkts. Da jetzt kein so großes Gedränge herrscht(4 statt 12 Nachbarn) ist Eis leichter.
Wird Wasser über 4°C erwärmt, werden die Wassermoleküle beweglicher,
brauchen dadurch mehr Platz, die Sache wird wieder leichter.