Physikalische chemische erklärung anomalie wassers
Die Wassermoleküle bilden kleine Dipole, irgend etwas um die 110°. Dadurch verketten sie sich anders untereinander.
Wikipedia schreibt dazu:
Der Grund der Anomalie des Wassers ist die Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen. Durch sie benötigt die Struktur des festen Zustands mehr Platz als die Struktur bei beweglichen Molekülen. Die Strukturbildung ist ein fortschreitender Vorgang, das heißt, dass schon im flüssigen Zustand so genannte Cluster aus Wassermolekülen vorhanden sind. Bei 3,98 °C ist der Zustand erreicht, bei dem die einzelnen Cluster das geringste Volumen einnehmen und damit die größte Dichte haben. Wenn die Temperatur weiter sinkt, wird durch einen stetigen Wandel der Kristallstrukturen mehr Volumen benötigt. Wenn die Temperatur steigt, benötigen die Moleküle wieder mehr Bewegungsfreiraum und das Volumen steigt ebenfalls.
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Gibt es eine physikalische/chemische Erklärung für die Anomalie des Wassers?
Zur Wasserstoffbrückenbildung:
Wasserstoffbrückenbildung
Durch die unterschiedlichen Partialladungen -bestehend aus dem partial negativ geladenen Sauerstoffatom und den partial positiv geladenen Wasserstoffatomen- innerhalb eines Wassermoleküls ist dieses ein Dipol. Da sich gleiche Ladungen abstoßen und unterschiedliche Ladungen anziehen, richten sich die Moleküle in gewissen Mustern an. Diese Bindungen der Moleküle untereinander nennt man Wasserstoffbrückenbindung. Diese Wasserstoffbrückenbindung ist verantwortlich für die Oberflächenspannung und den Aggregatzustand bei Raumtemperatur.
Besteht ein Stoff aus Dipolmolekülen, so sind die elektrostatischen Anziehungskräfte groß und seine Schmelz- und Siedetemperaturen liegen bedeutend höher.
Bei Wasser ist dieser Effekt besonders ausgeprägt. Seine Molekülgröße ließe eine Siedetemperatur von ungefähr +70°C erwarten, tatsächlich siedet es jedoch bei +100°C!
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Neben dem Dichtemaximum bei 4°C wird oft auch die Tatsache als Anomalie bezeichnet, dass beim Übergang vom flüssigen Wasser in den festen Zustand die Dichte sprunghaft ab- und das Volumen um fast 10% zunimmt!
Die Begründung dafür: Beim Gefrieren bildet sich ein weitmaschiges, mit zahlreichen Hohlräumen durchsetztes Kristallgitter, das mehr Platz einnimmt, als die isoliert nebeneinander liegenden Einzelmoleküle