2. Wasser

Wasser ist Grundlage allen Lebens. Der Aufbau des Wassermoleküls führt zu einigen physikalisch-chemischen Besonderheiten. Wasser besitzt eine dipolare Struktur und bildet hochgeordnete dreidimensionale Netzwerke (Cluster) aus, die von Wasserstoffbrücken stabilisiert werden. Hieraus ergeben sich verschiedene ungewöhnliche Eigenschaften („Anomalien des Wassers“).

Auffallend ist zunächst der im Vergleich zu ähnlichen Verbindungen sehr hohe Siedepunkt von 100 °C. Die Hydride der in der gleichen Hauptgruppe befindlichen Elemente Schwefel (Siedepunkt −61 °C), Selen (−41 °C) und Tellur (−2 °C) lassen theoretisch erwarten, dass Wasser bereits bei −80 °C sieden müsste. Durch die beschriebene Zusammenlagerung der Wassermoleküle erhöht sich dieser Wert allerdings enorm. Die zweite Anomalie ist die Volumenvergrößerung des Wassers beim Erstarren. Wasser besitzt seine größte Dichte bei 3,98 °C und dehnt sich bei niedrigeren Temperaturen, auch beim Übergang in den festen Zustand, wieder aus, wodurch gebildetes Eis auf der Oberfläche des Wassers verbleibt. Dies ist die Voraussetzung für das Leben in den Meeren.

Schließlich besitzt Wasser eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität von 4,1867 kJ/kg K. Um die Temperatur von 1 kg Wasser um ein Grad zu erhöhen, werden somit 4,1867 kJ (= 1 kcal) benötigt. Wasser kann somit – verglichen mit anderen Flüssigkeiten – viel Energie aufnehmen bzw. abgeben, ohne dass es dabei zu einer deutlichen Temperaturveränderung kommt.