Wasser (H2O) hat überraschende Eigenschaften.
Diese Eigenschaften sind auf vielfältigste Weise dafür verantwortlich,
dass Leben überhaupt existieren kann.
Wasser kommt auf der Erde in allen 3 Aggregatzuständen vor.
Der feste Zustand – Eis.
Der flüssige Zustand – Wasser.
Der gasförmige Zustand – Wasserdampf.
Wasser kommt in der Natur nicht in reiner Form vor.
Es beinhaltet immer Verunreinigungen.

Chemischer Aufbau
Wasser ist ein Molekül, das aus zwei gasförmigen Elementen besteht.
Es besteht aus einem Sauerstoffatom (O) und zwei Wasserstoffatomen (H).
Die Atome bilden zusammen einen Winkel von ca. 105°.
Da der Sauerstoff elektronegativer als der Wasserstoff ist, also die Elektronen stärker anzieht,
bildet das Wassermolekül einen so genannten elektrischen Dipol.
Dies führt dazu dass der negativere Pol des Sauerstoffs, den positiveren Pol des Wasserstoffs
eines anderen Wassermoleküls anzieht.
Diese Bindungen nennt man Wasserstoffbrückenbindung.
Dieser Aufbau erklärt alle Eigenschaften des Wassers welche im Folgenden auszugsweise aufgelistet werden.

Allgemeine Eigenschaften
Wasser ist farblos, geruchlos und geschmacklos.
Reines Wasser hat einen pH-Wert von 7.

Wasser ist flüssig
Bei Temperaturen zwischen 0°C und 100°C ist Wasser flüssig.
Wasser bildet in diesem Temperaturbereich 4er und 6er Aggregate (Cluster oder Molekülgruppen).
Diese Gruppen bestehen nicht dauerhaft sondern immer nur für sehr kurze Zeit.
Dennoch reicht diese kurzfristige Bindung aus um Wasser flüssig zu halten.

Wasser kann verdampfen
Ab 100°C ist die Bewegungsenergie der Moleküle so hoch, dass keine großen Aggregate mehr gebildet werden können.
Es verbleiben einzelne und Doppelmoleküle welche nun gasförmig sind.

Wasser kann gefrieren
Bei 0°C und darunter ist Wasser fest.
Dies gilt unter „normalen“ Bedingungen.
Die Moleküle bilden ein Kristallgitter.
Je nach Temperatur und Reinheitsgrad des Wassers bilden sich unterschiedliche kristalline Strukturen aus.
Die bekannteste Struktur ist die hexagonale Anordnung der Moleküle.
Dabei bilden sechs Wassermoleküle einen Ring.
Diese Ringe schließen sich über Wasserstoffbrücken zu größeren Strukturen zusammen.
Dabei ist jedes Sauerstoffatom von vier weiteren Sauerstoffatomen umgeben.
Diese Struktur ist makroskopisch sehr gut an den Kristallen von Schneeflocken zu erkennen.
Weitere Strukturen können je nach Verunreinigung z.B. quader- oder tetraederförmig sein.
Es gibt sogar amorphe Strukturen des Eises.
Bei ganz geringen Temperaturen (unter ca. -260°C) verliert das Eis seine kristalline Struktur wieder.
Es ist dann dem flüssigen Wasser ähnlicher als dem „normalen“ Eis.

Wasser kann kühlen
Die Moleküle mit der höchsten Bewegungsenergie können am schlechtesten gebunden werden.
Sie entweichen dem Wasser im gasförmigen Zustand und tragen ihre Bewegungsenergie fort.
Das verbleibende Wasser kühlt somit ab.

Wasser hat eine „Dichteanomalie“
Kältere Stoffe haben eine höhere Dichte als wärmere Stoffe.
Bei Wasser ist die größte Dichte allerdings bei ca. 4°C erreicht.
Das liegt an der Größe der Aggregate.
Je kälter Wasser ist, desto größer werden diese.
Unter 4°C werden diese Gruppen größer und benötigen mehr Platz.
Die Dichte nimmt dann also wieder ab.
Darum schwimmt Eis.

Wasser hat eine Oberflächenspannung
Wasser neigt dazu seine Oberfläche zu minimieren und Tröpfchenform anzunehmen.
Ursache dafür ist die so genannte Kohäsion.
Als Kohäsion bezeichnet man die Bindungskräfte zwischen Atomen und Molekülen eines Stoffes.
Diese Eigenschaft ist wichtig für verschiedenste biochemische Reaktionen.
Auch die physikalische Eigenschaft wird in der Natur genutzt.
Als Beispiel seien nur der Wasserläufer oder die Wasserspinne genannt.
Die Oberflächenspannung ist unter Anderem abhängig von den gelösten Stoffen im Wasser.

Wasser ist ein Lösungsmittel
Durch die Dipol-Eigenschaft ist Wasser in der Lage Salze und andere Verbindungen aufzulösen.
Verantwortlich dafür ist die so genannte Adhäsion.
Als Adhäsion bezeichnet man elektro-magnetische Anziehungskräfte zwischen zwei verschiedenen Stoffen.
Dabei handelt es sich nicht um chemische Verbindungen.
Wasser ist sogar in der Lage Gase zu lösen.
Unsere Ozeane sind ein wichtiges Medium um CO2 zu binden.
Das Volumen des Wassers steigt dabei kaum an. Es erhöht sich die Dichte.
Die Fähigkeit Stoffe zu lösen ist wichtig für biochemische Reaktionen.
Dabei kann es direkt in die chemischen Reaktionen integriert sein oder auch als Katalysator wirken.
Kristallines Wasser ist allerdings nicht in der Lage Fremdstoffe homogen zu lösen.
Sie werden bei der Kristallisation verdrängt.
Anders verhält es sich bei amorphem Eis.
Dieses ist wieder in der Lage Fremdstoffe aufzunehmen
Dies spielt bei der Entstehung und Bewahrung von komplexen Molekülen im All eine wichtige Rolle.
Diese Eigenschaft ist für Astronomen interessant wenn es um die Frage geht, wie organische Moleküle im All entstehen können.

Wasser kann stabilisieren
Wasser wirkt auf komplexe Moleküle stabilisierend.
Es bildet Cluster welche sich wiederum an diese Moleküle anlagert.
Die Adhäsion des Wassers spielt dabei eine große Rolle.
Wichtig ist diese Eigenschaft z.B. bei der Stabilisierung der DNA.

Wasser kann isolieren
Eis ist Wärme-isolierend.
Reines Wasser kann sogar elektrischen Strom isolieren.

Wasser ist leitend
Da Wasser in der Natur niemals in Reinstform vorkommt, beinhaltet es immer gelöste Stoffe welche als Ionen elektrisch leitend sind.

Wasser hat eine hohe Wärmekapazität
Wasser kann Wärme speichern ohne selbst dabei warm zu werden.
Unsere Ozeane wie auch unsere Atmosphäre sind ein großer Wärmespeicher.

Wasser ist ein schlechter Wärmeleiter
Als Beispiel seien nur die schwarzen Raucher an den mittelozeanischen Rücken genannt.
Das ausströmende Wasser hat eine Temperatur von ca. 300°C.
Wenige Meter entfernt, misst man aber nur noch 4°C.

Wasser ist ein gutes Transportmittel
Als Wärmespeicher ist Wasser ein wichtiges Transportmittel in den Meeresströmungen und in der Atmosphäre.
Es ist daher Klimaregulierend.
Es ist auch ein wichtiges Transportmittel für gelöste Nährstoffe und das wichtigste Medium für den CO2-Kreislauf.
Natürlich ist es auch ein wichtiges Transportmittel bei der Vermehrung von Lebewesen.
Als Beispiel sei der Transport von Duftstoffen aber auch der Transport von Spermien und Eizellen genannt.

Wasser transportiert Schallwellen
Durch die höhere Dichte kann Wasser den Schall schneller und weiter tragen als Luft.
Diese Eigenschaft ist z.B. für die Kommunikation von Walen und Delfinen wichtig.

Wasser und Licht
Wasser kann Licht reflektieren, brechen und absorbieren.


Dies Ganze soll nur ein Auszug der verschiedenen, teils widersprüchlichen Eigenschaften von Wasser sein.
Nicht umsonst gehört Wasser zu den 4 Elementen der griechischen Naturphilosophie.

Gruß
Frank