Wieso schwimmt eigentlich Eis auf dem Wasser?
Wie kann denn gefrorenes Wasser eine geringere Dichte haben?
4 Antworten
Hallo jojo89245,
das funktioniert nach einem ziemlich interessanten Prinzip, den Wasserstoffbrückenbindungen. Diese entstehen wenn eines der vier Elemente mit der höchsten Elektronegativität(wie stark ein Atom die Bindungselektronen in einem Molekül an sich ziehen kann, die vier wären Fluor, Sauerstoff, Chlor und Stickstoff) mit Wasserstoff eine Bindung eingehen und das Elektron des Wasserstoffes zu sich hin zieht, worauf sich beim Wasserstoff eine positive Partialladung bildet und beim anderen Bindungspartner eine negative(da die negativ geladenen Elektronen so näher am Bindungspartner dran sind).
Beim Wasser(H2O), zieht der Sauerstoff die Elektronen der beiden Wasserstoff Atome zu sich hin und bekommt eine negative Partialladung. Nun ist ein Wassermolekül selten alleine, woraus resultiert dass andere Wasser-Moleküle(ebenfalls mit positiver und negativer Partialladung) untereinander Dipol-Dipol Wechselwirkungen(die negativen und positiven Partialladungen unterschiedlicher Moleküle ziehen sich an) ausbilden und so dass Wasser flüssig ist. Wenn dass Wasser nun zu Eis gefriert, reihen sich die Wassermoleküle zu einem Sechseck an, woraus dank des großen Hohlraums dieses Musters eine geringere Dichte entsteht.(das Muster lässt sich auch in Eiskristallen wieder erkennen)
Liebe Grüße
Das liegt an der Anomalie von Wasser, das bei 4° C die höchste Dichte hat.
Verantwortlich dafür ist die Struktur des Wassermoleküls. Das Wassermolekül ist ein gewinkelter Dipol mit einer positiven Wasserstoffseite und einer negativen Sauerstoffseite. Die Moleküle ziehen einander an und sorgen darum u.a. auch für den relativ hohen Siedepunkt von Wasser.
Bei Temperaturen unter 4° C beginnen sich die Moleküle 6-eckig anzuordnen und brauchen darum mehr Platz. Darum dehnt sich Wasser unter 4° C wieder aus und Eis ist aus dem gleichen Grunde noch weniger dicht, sodass es auf Wasser schwimmt.
Ergänzung: Hier ist die 6-eckige Struktur von Eis dargestellt: https://www3.hhu.de/biodidaktik/Wasserhaushalt/dateien/3_transp/3_wasser/dateien/5_warum.html
Eis schwimmt oben, ein Phänomen, das auch als "Anomalie des Wassers" bezeichnet wird. Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus, weil die Moleküle im flüssigen Zustand dichter gepackt sind als im festen. Man spricht auch von einer Zunahme des Volumens von Eis, und zwar um fast 10%. Die Dichte des Eises ist damit um fast 10% geringer als die Dichte des Wassers im flüssigen Zustand. Aus diesem Grund schwimmt Eis an der Wasseroberfläche.
Am Gefrierpunkt bilden sich Eiskristalle, in denen die Wasserteilchen weiter von einander entfernt sind als im flüssigen Wasser. Weiter voneinander entfernt bedeutet weniger dicht - also hat Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser, ist damit leichter als flüssiges Wasser und schwimmt deshalb an der Oberfläche.