Wenn man sich mit den Aggregatzuständen von Materialien beschäftigt fällt schnell auf dass die Eigenschaften von Molekülen tiefere Einblicke in ihre physikalischen Eigenschaften geben. Ein entscheidender Punkt hierbei ist die Struktur der Moleküle. Wasser, das bekanntlich eine essenzielle Rolle im Ökosystem spielt, unterscheidet sich fundamental von Kohlenstoffdioxid. Der Grund dafür lässt sich durch die Molekülstruktur und die daraus resultierenden intermolekularen Kräfte erklären.
Wasser hat die einzigartige Eigenschaft wie Dipol zu agieren. Das bedeutet, einer seiner Pole - hier ist es der Sauerstoff - ist elektronegativ und zieht Elektronenpaare weiterhin zu sich hin. Dies führt zu einer Elektronegativitätsdifferenz von etwa 1⸴7. Eine starke Wasserstoffbrückenbindung zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen entsteht dadurch. Diese Bindungen sind verantwortlich für die wärmespeichernde Fähigkeit von Wasser und die hohe Verdampfungsenthalpie. Würde es diese Bindungen nicht geben, könnte sich Wasser schon bei Temperaturen um die -100 °C verflüssigen. Ein erstaunlicher Punkt ist – dass Wasser bei 4 °C die höchste Dichte besitzt. Dies liegt daran: Dass sich die Wasserstoffbrückenbindungen bei Erwärmung zusammenziehen was zu einer stabilen Anordnung der Moleküle führt.
Im Gegensatz dazu stellt sich die Situation bei CO2 » dem Gaserzeuger schlechthin « ganz anders dar. CO2, mit einer Elektronegativitätsdifferenz von lediglich 1⸴0, zeigt eine polare Bindung an die jedoch wesentlich schwächer ist. Aufgrund dieser schwachen Bindungen benötigt es viel weniger Energie um die Moleküle voneinander zu trennen. Die lineare Struktur von CO2 – als Gegensatz zur gewinkelten Struktur von Wasser – trägt ähnlich wie dazu bei, dass CO2 nicht das gleiche Dipolverhalten zeigt. Die Polaritäten heben sich auf ´ was erklärt ` wieso CO2 gewöhnlich in gasförmigem Zustand vorkommt. Ein bemerkenswerter Fakt ist, dass Kohlenstoffdioxid unter Normalbedingungen gasförmig bleibt, da es nicht die notwendige intermolekulare Kraft hat um zu kondensieren - entgegen der wässrigen Form.
Zusätzlich sind es die Van-der-Waalschen Kräfte die ebenfalls beitragen. Diese zwischenmolekularen Kräfte sind vergleichsweise schwach freilich in Kombination mit der molekularen Struktur und den verschiedenen Verdämpfungsfähigkeiten beeinflussen sie die physikalischen Eigenschaften von CO2. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist nicht nur aufgrund der Wasserstoffbrückenbindungen hoch allerdings ebenfalls entscheidend für die Art und Weise ebenso wie sowie Wasser als auch CO2 in unterschiedlichen Umgebungen agieren.
Um die Merkmale der beiden Stoffe zusammenzufassen: Wasser zeigt eine bemerkenswerte hohe Kohäsion durch starke Wasserstoffbrückenbindungen. Diese verursachen physischen Eigenschaften wie hoher Siedepunkt und höchste Dichte bei 4 °C. CO2 hingegen bleibt aufgrund schwächerer intermolekularer Kräfte und einer linearen Struktur in einem gasförmigen Zustand.
Im Licht aktueller Klimaforschung zeigen neueste Daten: Dass Kohlenstoffdioxid einen entscheidenden Beitrag zur globalen Erwärmung leistet. Die Wechselwirkungen zwischen Wasser und CO2 haben deshalb weitreichende Konsequenzen für unser Klima und unsere Umwelt.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Während Wasser als Dipol und aufgrund der starken Wasserstoffbrückenbindungen eine einzigartige Rolle spielt, manifestiert sich CO2 im gasförmigen Zustand aufgrund seiner schwächeren molekularen Strukturen.
Die physikalischen Unterschiede zwischen CO2 und Wasser: Einblicke in die Molekülstruktur und ihre Auswirkungen
Wie erklären sich die unterschiedlichen Aggregatzustände von CO2 und Wasser trotz der höheren Dichte von CO2?