Warum gefreit Wasser bei 0° C aber Wasserstoff erst bei -253

...komplette Frage anzeigen

8 Antworten

Wer sagt den, dass Wasser bei 0° gefriert?

Rehovot (Israel) - Normalerweise erstarrt Wasser bei 0 Grad zu Eis. Doch ohne Störung kann es sogar auf minus 40 Grad abgekühlt werden, ohne fest zu werden. Schon das bloße Schütteln reicht dann aus, die Flüssigkeit schockartig erstarren zu lassen. Auch elektrische Felder können das Gefrierverhalten unterkühlten Wassers beeinflussen. Israelische Wissenschaftler berichten nun in der Zeitschrift "Science", dass sogar die Polarität der elektrischen Ladung jener Fläche, auf der ein Wassertropfen liegt, eine wichtige Rolle spielt.

"Der Gefrierpunkt von Wasser ist ein kritischer Faktor in vielen Bereichen. Er spielt eine Rolle beim Überleben wechselwarmer Tiere, bei der Kryokonservierung von Zellen und Gewebe, beim Gefrieren von Getreidepflanzen und der Schneeproduktion", nennen David Ehre und seine Kollegen vom Rehovot Institute nur einige Beispiele. Daher untersuchten sie das Erstarren unterkühlten Wassers nun genauer in Abhängigkeit von elektrischen Feldern. Sie entdeckten, dass dieses Elektrofrieren von der Art der Ladung einer Unterlage abhängt. Dazu deponierten sie Wassertropfen auf dünnen Schichten aus Lithiumtantalat und Strontiumtitanat. Diese kristallinen Substanzen sind pyroelektrisch und können sich bei Temperaturänderungen elektrisch aufladen. In ihren Versuchen blieb das auf minus elf Grad unterkühlte Wasser auf der negativ geladenen Lithiumtantalat-Oberfläche flüssig. Aufgeheizt auf minus acht Grad jedoch änderte sich die Polarität und die Oberfläche war positiv geladen. Die überraschende Folge: Trotz der höheren Temperatur erstarrte der Wassertropfen sofort.

Ähnliche Experimente mit Strontiumtitanat, bei denen die Wissenschaftler das Gefrieren unter dem Mikroskop und mit Röntgenbeugung verfolgten, erlaubten noch detailreichere Einblicke. So gefriert ein Tropfen auf einer positiv geladenen Oberflächen zuerst an der Grenzfläche zwischen Substrat und Wasser. Auf einer negativ geladenen Fläche dagegen setzte die Erstarrung an der Grenze zwischen Wasser und Luft ein. Eine genaue Erklärung dieser Effekte können Ehre und Kollegen bislang noch nicht geben. Doch vermuten sie, dass die Polarität des elektrischen Feldes einen Einfluss auf die Ausrichtung der Wassermoleküle und damit auf die Bildung der Eiskeime habe.

Schon 1861 hatte der französische Chemiker L. Dafour entdeckt, dass unterkühltes Wasser durch elektrische Felder zum Gefrieren gebracht werden konnte. Erklärt wird dieser Effekt mit dem Entstehen winziger Eiskristallen, die als Keime für das schockartige Gefrieren der Flüssigkeit wirken. Weitere Experimente könnten das variable Erstarren von Wasser bei unterschiedlichen Gefrierpunkten besser erklären helfen.

http://www.weltderphysik.de/de/4245.php?ni=1722

Super ausführlich und interessant (dafür DH) - aber leider Frage verfehlt!

0

Am einfachsten kannst du die Wasserstoff und Sauerstoff als winzige Einzelmoleküle vorstellen und Wasser als großen Molekülverbund. Kleine Moleküle oder Atome haben einen niedrigen Schmelz- und Siedepunkt, große eine hohen. Das hängt einfach damit zusammen, dass mehr Energie notwendig ist, große Körper in Bewegung zu bringen. Fest = eingefrorene Bewegung, keine Verteilung im Raum; Flüssig = wenig Bewegung, geringe Verteilung im Raum; Gasförmig = viel Bewegung, praktisch komplett verteilt im Raum.

Wasserstoff- (H2) und Sauerstoff-Moleküle (O2) sind Gase, die auch in komprimierter Form nur sehr wenig Wechselwirkungen miteinander haben. Sie verhalten sich sogar annhähernd wie "ideale Gase". Wegen der geringen Neigung, miteinander irgendeine Form von Verbindung einzugehen, braucht es sehr niedrige Temperaturen, bis sie flüssig oder gar fest werden. Schon geringe Mengen Energie (in Form von Wärme) reichen aus, dass sich Wasserstoff/ Sauerstoff-Moleküle aus ihren Kristallgitterplätzen bewegen und dadurch sehr schnell flüssig oder gar gasförmig werden.

Ein Gegenbeispiel dazu ist z.B. das Salz Natriumchlorid, dass sehr stark geladen ist, sehr starke Wechselwirkungen zu benachbarten Ionen (Salze kann man sich ionisiert, also geladen in Na+Cl- vorstellen) hat und deshalb energetisch günstig sofort in einem Kristallgitter fest wird. Bei solchen Verbindungen braucht man sehr viel mehr Energie (Wärme), um sie zu verflüssigen.

Wasser ist natürlich kein Salz und auch nur in gerinem Umfang ionisiert. Aber es ist stark polarisiert, das bedeutet, dass die Ladungen ungleich verteilt sind. Das Sauerstoffatom hat eine höhere Elektronendichte (negative Ladung), als die Wasserstoffatome. Wasser ist deshalb auch bekannt dafür, sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen auszubilden. Jedes Wassermolekül bildet Verbindungen zu benachbarten Wassermolekülen aus und große Strukturen entstehen. Deshalb ist Wasser auch bei Raumtemperatur flüssig.

Wenn die Eigenbewegung der Wassermoleküle abnimmt, wird das Wasser dann irgendwann fest. Dieser Punkt ist unter Normalbedinungen bei 0°C erreicht.

Hallo :)!

Die Antwort von unserem Physiker ist zwar brilliant, sagenhaft, unglaublich..... Aber sie ist es nicht, was Dein Lehrer hören will :(!

Im Wasser verbinden sich H2 (2Wasserstoffmoleküle ) + O (1 Sauerstoffmolekül) zum H2O, wobei sie Bindungs-Elektronen mitenander teilen. Es kommt eine polarkovalente Bindung zu stande, weil O elekronegativer als H ist. Jede Molekül ist an der O-Seite negativ, an der H-Seite positiv geladen. Die gleladene Pole können andere Wassermoleküle anziehen. Es entseht zwischen den Molekülen eine Dipol-Dipol Wechselwirkung, genannt WASSERSTOFFBRÜCKENBILDUNG , weil da immer H mit beteiligt ist. (Geht auch mit N oder F in der Mitte :) )

Wasser gefriert deshalb bereits bei 0 Grad C(normalerweise), weil es dabei ein Kristallgitter entsteht, der große "Löcher" durch die Wasserstoffbrücken in sich hat. = In fester Form ist Wasser nicht so dicht , wie wir es erwarten würden... Eis schwimmt auch auf flüssigem Wasser.

Wasserstoff uns Sauerstoff- Moleküle (H2+O2) sind miteinander zwar auch Kovalent verbunden, und teilen auch Bindungselektronen, sie sind aber unpolar kovalent (da das gleiche Element mit der gelichen Elektronegativität miteinander verbunden ist). In diesem Fall hält die Verbindung die Dispersionskraft zusammen. Diese Kraft ist sehr schwach, sie ergibt sich aus auf- und Abbewegung der Elektronenorbitale, wobei eine sehr kurze und schwache Ladungstrennung auftritt.

Aus diesem Grund sind festes H2+O2 in der Gitterstruktur "dichter gepackt" es sind einfach mehr Moleküle in den Kristallen (Feststoff) vorhanden. Man muss mehr Materie Energie enziehen, damit man daraus einen Feststoff bekommt.

(O2 gefriert bei −218,75 °C, H2 bei -259 °C so viel ich weiß :D)

Gruß+Viel Erfolg:

Isa`

Beim Wasser gibt es eine Verbindung zwischen den Molekülen. Die sog. Wasserstoffbrückenbindung. Die Wasserstoffatome der Moleküle halten sich gegenseitig. Man muss das Wasser nur geringfügig abkühlen damit die Molekülen ein festes Gitter bilden. Wasser- und Sauerstoff kommen auch in Molekülen vor allerdings gibt es keine starke Verbindung zwischen den einzelnen Molekülen. Du musst den Molekülen mehr Energie entziehen, damit sie sich weniger bewegen und gegenseitig festhalten.

Ich hoffe die Antwort ist verständlich. Für Rückfragen stehe ich zur Verfügung.

Die antwor gibst du dir selbst, Wasser (H²O) besteht, wie der Name verrät aus 2 Atomen oder einem Molekül Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff, das ist dann ein Wassermolekül, dadurch, dass Wasser so umgewandelt ist und 3 Atomkerne (anstatt wie Wasserstoff 2) hat besitzt es eben auch ganz andere Eigenschaften (:

weil wasser und wasserstoff nicht das selbe ist und jeder stoff bzw element eine andere eigenschaft hat, also auch eine unterschiedliche schmelztemperatur

Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) sind Gase. Wasser (H2O) ist eine Verbindung, die aufgrund ihrer "Anomalie" : Bidung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den einzelnen Molekülen" zwischen ca. 0°C und ca. 100°C (bei Normaldruck) flüssig ist. Wären diese Bindungen nicht vorhanden wäre auch H2O unter Normalbedingungen ein Gas mit einem entsprechend niedrigen Siedepunkt.

Themen: Anomalie von Wasser; Wasserstoffbrückenbindungen

Du kannst Wasserstoff nicht mit Wasser vergleichen.

Was möchtest Du wissen?