Warum dehnt sich Eis aus?

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8 Antworten

Einfach ist diese Frage nicht zu beantworten.
So waren auch viele Antworten zur verlinkten alten Frage falsch.
Und du musst wahrscheinlich einiges erst mal so hinnehmen müssen, was du noch nicht ganz verstehst, oder nachforschen.

Zunächst mal ist es zwar nicht der Normalfall, dass sich Stoffe beim Erstarren ausdehnen, Wasser ist aber auch kein Einzelfall.
Es gibt etliche andere Stoffe, die sich genau so verhalten.
Einen Anteil kann ich nicht angeben.

Dann ist ein Wassermolekül ziemlich kugelförmig, was auf den ersten Blick verwundert, wenn man sich die Formel ansieht.
Die wird ja meist als Winkel dargestellt, ein O in der Mitte und 2 H im Winkel von 105° daran gebunden.
Aber da vergisst man die freien Elektronenpaare.

Um eine Kugel passen 12 andere Kugel gleicher Größe.
Solche "Dichtesten Kugelpackungen" sind bei Edelgasen und auch Metallen sehr verbreitet. Kannst ja man nach Bildern suchen.

Wenn die Wassermoleküle im flüssigen Wasser wird rumsausen, ohne sich fest und dauerhaft aneinander zu binden, ordnen sie sich mehr oder weniger so an, in einer Kugelpackung.

Nun gibt es aber besondere Bindungen zwischen Molekülen, die sogenannten Wasserstoffbrücken.
Die gibt es in der Form eigentlich nur bei den Wasserstoffverbindungen von N, O, und F.
Wenn du Wasserstoffbrückenbindungen nicht kennst, informiere dich, oder frag nach. Man kann ja nicht jede Frage ab Adam und Eva beantworten.

Jedenfalls kann Wasser davon nur vier davon eingehen, zwei über die gebundenen H-Atome, zwei über die freien Elektronenpaare.
Das ist übrigens der Grund, warum Wasser flüssig ist, weil es von jedem 2 hat, also 4 Bindungen eingehen kann.
HF hat nur ein H-Atom, und NH₃ hat nur ein freies Elektronenpaar.

Beim Gefrieren von Wasser zu Eis wählt sich jedes Wassermolekül also 4 feste Bindungspartner aus, anstatt sich von 12 umschwirren zu lassen.
Deswegen ist Eis "lockerer" oder weniger dicht.

Sich das genau räumlich vorzustellen, ist wohl nicht ganz einfach, aber dass die Struktur "lockerer" ist, also mehr/größere Hohlräume enthält, sollte zumindest irgendwie nachvollziehbar sein.

Ich vergaß zu erwähnen, dass die vier Bindungen nur ein einen bestimmten Winkel oder einer bestimmtem Anordung möglich sind.
Der Fachausdruck ist Tetraeder. Jedenfalls so, dass nichts dazwischen passt.

Das liegt an der Dichteanomalie des Wassers. Auf molekularer Ebene kann dies über die Ausbildung von hexagonalen Strukturen durch Wasserstoff-Brücken-Bindungen erklärt werden.

Das kannst du dir so ähnlich wie beim Bauen mit Lego-Steinen vorstellen: wenn die Lego-Steien einfach nur so auf dem Haufen liegen brauchen sie weniger Platz als wenn du daraus ein Schiff gebaut hast. Im Wasser sind die Wassermoleküle gegeneinander beweglich und lagern sich so, dass möglichst wenig Platz zwischen ihnen ist (Haufen Lego-Steine) .

Beim GEfrieren lagern sie sich so zusammen, dass Bereiche der Moleküle, die sich besonders gut anziehen, auch nebeneinander liegen bleiben. DAdurch entsteht eine Gitterstruktur, die mehr Platz braucht (so wie verbaute Lego-Steine)

schlechtes Beispiel. Denn ein Haufen Lego-Steine hat ein größeres Volumen als wenn man sie zusammen steckt.

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@Kefflon

Das kommt auf das Schema an, nach dem die Legosteine zusammengebaut werden.

Schiffe sind da sicher kein falsches Beispiel, wenn auch nicht unbedingt ein gutes.

Es gibt da sicher kleinräumigere lockere Strukturen, ... OK, es war kein wirklich gutes Beispiel, so wie es vorgestellt wurde.
Wäre ausbaufähig, wie mein Wissen, ob man Legosteine heutzutage noch kennt.

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Weil es sich erwärmt und daher in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.

Wärme: ausdehnen
Kälte: zusammenziehen

Meistens ist die Umgebungstemperatur wärmer als das Eis (außer an den Polen :D )

Im Fall von Wasser stimmt das so nicht.......Stichwort: Dichteanomalie.

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Weil Wasser im Aggregatzustand Eis ein größeres Volumen besitzt.

Wegen der dichteanomalie des Wassers 

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