Wasser

In den Kapiteln 3.4 und 3.5 wurde bereits auf den Aufbau des Wassermoleküls und die Bildung von Wasserstoffbrücken eingegangen. Im flüssigen Wasser liegt nur ein Teil der H₂O-Moleküle in freier Form vor. Der größere Teil ist über Wasserstoffbrücken zu sog. Clusters miteinander vernetzt. Im Eiskristall bilden die Moleküle ein regelmäßiges Kristallgitter, in dem jeweils ein O-Atom von zwei kovalent und zwei über Wasserstoffbrücken gebundenen H-Atomen tetraedrisch umgeben ist (Abb. 8.1). Der voluminöse Aufbau des Kristallgitters ist Ursache für die geringe Dichte des Eises. Beim Schmelzen bricht das Gitter an einigen Stellen auseinander, große Strukturbereiche bleiben aber auch im flüssigen Zustand erhalten. Freiwerdende H₂O-Moleküle können in die noch intakten Hohlräume eindringen, so daß eine dichtere Packung erreicht wird. Das äußert sich darin, daß die Dichte des flüssigen Wassers größer ist als die des Eises. Mit steigender Temperatur werden immer mehr Wasserstoffbrücken gespalten. Die wachsende Zahl der Einzelmoleküle erlaubt eine weitere Verdichtung der Packung, und die Dichte des Wassers nimmt zwischen 0 und 4°C zu. Bei höheren Temperaturen wird dieser Vorgang durch die größere Beweglichkeit der Moleküle und den damit verbundenen größeren Raumbedarf überkompensiert, d. h. die Dichte nimmt ab. Die geringere Dichte des Eises hat zur Folge, daß Gewässer von der Oberfläche her zufrieren. In ausreichender Tiefe bleibt das Wasser flüssig, so daß Wasserorganismen einen Raum Zum Überwintern haben.