Wasser - Chemisch-Physikalische Eigenschaften

Autor: Hans Lohninger

Wasser hat eine Reihe von ungewöhnlichen Eigenschaften, die alle letztendlich auf seine Molekülstruktur zurückzuführen sind:

• Hoher Schmelz- und Siedepunkt: Wasser hat - gemessen an der Größe des Moleküls - einen extrem hohen Schmelzpunkt und Siedepunkt. Schwefelwasserstoff, der strukturell mit Wasser vergleichbar ist, hat z.B. einen Siedepunkt, der um 160° niedriger als der des Wassers liegt, obwohl das Molekül fast die doppelte Molmasse aufweist.
• Dichteanomalie: Eis ist deutlich leichter als flüssiges Wasser. Kühlt man flüssige Substanzen ab, so nimmt ihre Dichte mit abnehmender Temperatur normalerweise zu. Es gibt nur ganz wenige Substanzen (z.B. Bismut, Gallium, Silizium, Wasser, oder Zinkzyanid) die eine Ausnahme von dieser Regel darstellen. Bei Wasser sinkt die Dichte mit abnehmender Temperatur ab ca. 4°C, und zeigt beim Gefrierpunkt einen markanten Dichtesprung von 999.85 auf 918 g/cm³.
• Hohe Wärmekapazität: Wasser benötigt pro kg sehr viel mehr Energie um die Temperatur um 1°C zu erhöhen als andere Stoffe. So ist z.B. für das Erwärmen von Wasser fast fünfmal mehr Energie notwendig als für Aluminium.
• Hohe Verdampfungsenthalpie: Wasser benötigt sehr viel mehr Energie um es zu verdampfen, als andere Stoffe (ca. 4-mal so viel als z.B. für Methan nötig ist).
• Sehr gutes Lösungsmittel: Wasser ist ein universelles Lösungsmittel, das eine sehr breite Palette an Substanzen zu lösen vermag.

All diese herausragenden Eigenschaften sind unmittelbare Konsequenz der molekularen Struktur von Wasser: Zum einen ist die kovalente Bindung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff nicht symmetrisch, so dass der Sauerstoff eine negative Partialladung trägt, während die Wasserstoffatome eine entsprechende positive Ladung tragen. Da der Bindungswinkel zwischen den beiden Wasserstoffatomen nicht 180° sondern nur 104° ist, verhält sich das Wassermolekül wie ein Dipol, es enthält also eine positive und eine negative Seite. Der Dipol beeinflusst natürlich das Verhalten benachbarter Wassermoleküle, so dass sich sowohl der Schmelzpunkt als auch der Siedepunkt erhöhen.

Zum anderen bilden sich zwischen Wassermolekülen leicht sogenannte Wasserstoffbrücken aus. Dabei wird das positiv geladenen Wasserstoffatom eines Moleküls vom negativen Sauerstoffatom eines anderen Moleküls angezogen.

(1)	Da die Isotopenzusammensetzung sowohl von Sauerstoff als auch von Wasserstoff örtlich variieren kann, ist die Molmasse von Wasser ebenfalls örtlich leicht unterschiedlich. Aus den Angaben der IUPAC zu den Isotopenverteilungen ergibt sich daher für Wasser das angegebene Intervall der Molmasse.