Magazin

Von Rainer Kayser

Zwei Wasserstoff- und ein Sauerstoff-Atom: Auf den ersten Blick ist Wasser ein ganz simpler Stoff. Doch bis heute beißen sich die Forscher an den merkwürdigen Eigenschaften des Wassers die Zähne aus. 63 Besonderheiten listet etwa der britische Wasserforscher Martin Chaplin, Professor für Chemie an der London South Bank University, auf seiner Website für das klare Nass auf. Es sind oftmals gerade diese Anomalien, die Wasser zu einer so nützlichen Substanz in Chemie und Technik machen - und ohne die auf der Erde kein Leben möglich wäre.

"Das Faszinierende am Wasser ist, dass sich nahezu keine Eigenschaft dieses Stoffs mit einfachen Überlegungen herleiten lässt", sagt Chaplin. Versucht man beispielsweise, Gefrier- und Siedepunkt des Wasser aus einem Vergleich mit anderen Wasserstoff-Verbindungen zu extrapolieren, so erhält man Temperaturen von etwa minus 100 Grad und minus 50 Grad Celsius - 100 bzw. 150 Grad niedriger als es tatsächlich der Fall ist. "Wasser sollte also eigentlich bei normaler Raumtemperatur gasförmig sein", so Chaplin.

Am bekanntesten ist wohl die Dichteanomalie des Wassers: Es hat bei einer Temperatur von plus 4 Grad seine höchste Dichte. Es wird also sowohl bei Erwärmung, als auch bei Abkühlung leichter. Dadurch schwimmt - unter irdischen Bedingungen - Eis auf flüssigem Wasser und Seen frieren von oben nach unten zu, eine nicht ganz unwichtige Eigenschaft für Wasserlebewesen. Eine weitere Anomalie ist die Wärmekapazität des Wassers - es ist die höchste aller Flüssigkeiten. Deshalb sind die Ozeane so gute Wärmespeicher.

Eine wichtige Rolle bei vielen der seltsamen Eigenschaften spielt die Struktur des Wassermoleküls: Die beiden Wasserstoff- und das Sauerstoffatom bilden ein Dreieck, wobei die elektrischen Ladungen in dem Molekül ungleichmäßig verteilt sind. Dadurch können sich Wassermoleküle gegenseitig anziehen und so genannte Wasserstoffbrücken bilden: Die Moleküle lagern sich aneinander an und bilden so unterschiedlichste Strukturen. Selbst in gewöhnlichem, flüssigem Wasser bewegen sich die Moleküle nicht jedes für sich allein, sondern in Haufen, so genannten Clustern. Neben Clustern enthält flüssiges Wasser auch noch verschiedene Ionen - positiv geladene Wasserstoff-Ionen, negativ geladene OH-Ionen, aber auch größere Molekülionen wie Oxonium (H3O+).

Eine der wichtigsten ungelösten Fragen ist nach Meinung von Chaplin, welche Rolle nanometergroße Luftbläschen für die Struktur und die Eigenschaften der Flüssigkeit spielen. "Die Anomalien des Wassers liefern uns viel mehr Informationen, als wir mit unseren Experimenten derzeit überprüfen können", so der Forscher. 

Zuerst erschienen in "explore: - Kundenmagazin des TÜV Nord"