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Wasser

Anomalien des Wassers

Die intermolekularen Wasserstoff-Brückenbindungen beeinflussen die physikalischen Eigenschaften des Wassers so stark, dass das Verhalten von flüssigem Wasser fast in jeder Hinsicht von dem der gewöhnlichen Flüssigkeiten abweicht. Aber auch ähnlich aufgebaute Verbindungen wie die Nichtmetallhydride unterscheiden sich in ihren Eigenschaften vom Sauerstoffhydrid Wasser. In der Literatur sind bis zu 38 solcher abweichenden Eigenschaften beschrieben, aber nur einige haben Einfluss auf biologische, biochemische oder biophysikalische Eigenschaften. Siehe Link: The anomalous properties of water.

Schmelz- und Siedepunkt

Im Vergleich mit den Hydriden der sechsten Hauptgruppe hat Wasser einen sehr hohen Schmelz- und Siedepunkt. Nur aufgrund dieser besonderen physikalischen Eigenschaften existiert das Wasser in seiner flüssigen Form auf unserem Planeten.

Dichte

Die Dichte von Wasser steigt beim Abkühlen unter Normaldruck bis zu einer Temperatur von 277 K (4 °C) an. Dort erreicht sie ihr Maximum und fällt unterhalb von 277 K (4 °C) wieder ab. Die Anomalie des Dichtemaximums in der flüssigen Phase hat eine besondere biologische Bedeutung. Wegen seiner geringen Dichte vermag Eis auf dem Wasser zu schwimmen. Dies führt dazu, dass Flüsse und Seen von der Wasseroberfläche und nicht vom Boden her gefrieren. Nur deshalb ist ein Überleben von Organismen im Wasser möglich.

Abb.1

Die Dichteanomalie dieser Grafik bezieht sich auf 1 g Wasser.

Abb.2

Orientierung der Hydrat-Hülle

Wichtig für viele biochemische Vorgänge ist die bevorzugte Orientierung der Wasser-Moleküle in der Nähe von hydrophoben Molekülen oder den unpolaren Seitenketten von Biopolymeren. Der sich hier ausbildende hydrophobe Effekt stellt die Grundlage zum Verständnis von vielen biochemischen und biologischen Prozessen dar.

Wärmekapazität

Um die Temperatur von Wasser zu erhöhen, benötigt man mehr Energie als für die meisten anderen Substanzen. Diese Wärmekapazität macht Ozeane und Seen zu potenten Wärmespeichern, die starke Klimaschwankungen ausgleichen können, Einfluss auf die Ozeanzirkulation haben und dadurch das globale und lokale Klima beeinflussen.

Oberflächenspannung

Die durch Wasserstoff-Brücken verursachte Oberflächenspannung hat eine wichtige Funktion in der Pflanzenwelt: Wasser und gelöste Stoffe werden durch die auf der Oberflächenspannung beruhenden Kapillarkräfte in die Blattkronen der Bäume und innerhalb der Pflanzen transportiert.

Verdampfungsenthalpie

Die besonders hohe Verdampfungsenthalpie wird von vielen Lebewesen zur Regelung der Körpertemperatur (Schwitzen) genutzt.

Abb.3
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