Wasser als chemische Verbindung

Unser Planet ist zu über $$70$$% mit Wasser bedeckt und es gilt als Ursprungsort des Lebens.  Es ist nicht nur Lebensraum für viele Organismen, sondern auch der Hauptbestandteil aller Lebewesen. Der Aufbau des Wassers, sowie die Kräfte zwischen den einzelnen Wassermolekülen geben dem Wasser besondere Eigenschaften.

Bau des Wassermoleküls

Wasser besteht aus Molekülen, die aus je einem Sauerstoffatom ($$O$$​​) und zwei Wasserstoffatomen ($$H$$) bestehen und hat deshalb die Formel $$H_2O$$. Der Sauerstoff ist mit den beiden Wasserstoffatomen jeweils über eine Elektronenpaarbindung verbunden, und ist zudem auch elektronegativer als Wasserstoff. Das führt dazu, dass Sauerstoff die Elektronen anzieht und somit eine positive Teilladung am Wasserstoff und eine negative Teilladung am Sauerstoff entsteht. Diese Teilladungen heissen Dipol. Die Elektronegativitätswerte der beiden Elemente unterscheiden sich und sind grösser als $$0$$​, weshalb man von einer polaren Atombindung spricht. Wassermoleküle sind nicht linear, die drei Atome schliessen einen Winkel von $$104,5°$$ ein.

Bau des Wassermoleküls aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.

Durch die höhere Elektronegativität des Sauerstoffatoms entsteht dort eine negative Teilladung, sowie positive Teilladungen an den Wasserstoffatomen.

Eigenschaften des Wassers

Reines Wasser leitet Strom und Wärme nur wenig. Die Leitfähigkeit von Wasser in natürlichen Gewässern und im Trinkwasser kommt durch gelöste Stoffe, wie Mineralien zustande, jedoch kommt Wasser als Reinstoff in der Natur nicht vor.

Wasser besitzt seine grösste Dichte bei $$4°C$$ und nicht bei $$0°C$$, was als Dichteanomalie des Wassers bezeichnet wird. Gefrorenes Wasser, also Eis, hat deshalb eine geringere Dichte als im flüssigen Aggregatszustand. Das ist der Grund, warum Eis schwimmt und ein See von oben zufriert.

Der Siedepunkt des Wassers liegt bei $$100°C$$ und der Gefrierpunkt bei $$0°C$$. Allerdings kann $$H_2O$$ bei dieser niedrigen Temperatur immer noch als flüssiges Wasser vorliegen, welches dann unterkühltes Wasser genannt wird. Beide Werte gelten für Atmosphärendruck ($$~1 \space bar$$​), besonders der Siedepunkt ist stark vom Umgebungsdruck abhängig.

Wasserstoffbrückenbindungen

Wassermoleküle können miteinander und anderen Molekülen wechselwirken, weil sie Dipole sind. Diese Wechselwirkung heisst Wasserstoffbrückenbindung und ist eine intermolekulare Anziehungskraft zwischen den Molekülen. Es kommt dabei zu einer Anziehung zwischen einem Wasserstoffatom, welches an ein Molekül gebunden ist und einem freien Elektronenpaar eines elektronegativen Atoms. Stark elektronegative Atome sind beispielsweise Fluor ($$F$$​), Stickstoff ($$N$$) oder im Wasser eben Sauerstoff ($$O$$). Wasserstoffbrückenbindungen spielen nicht nur in Wasser, sondern auch in der DNA oder Peptiden eine wichtige Rolle.

Zerlegung von Wasser

Bei der Reaktion von Wasserdampf mit Magnesium ($$Mg$$) wird ein weisses Pulver gebildet, sogenanntes Magnesiumoxid ($$MgO$$). Der Sauerstoff des Magnesiumoxids wird dem Wasser entzogen und Wasserstoff bleibt als Gas zurück. Ebenfalls kann Wasser mithilfe von elektrischem Strom in zwei farblose Gase zerlegt werden, nämlich Sauerstoff und Wasserstoff. Diese Zerlegung wird als Elektrolyse bezeichnet. Diese Experimente bestätigen, dass Wasser eine chemische Verbindung und kein chemisches Element ist.

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