Wasser

Wasser

Venedig ist die Lagunenstadt. Und das Meer auf Francesco Guardis Bild besteht hauptsächlich aus Wasser. Wasser ist das Elixier des Lebens, im festen Zustand leichter als im flüssigen, hat eine sehr hohe Oberflächenspannung und ist eines der besten Lösungsmittel. Aber was macht Wasser so besonders? Woher kommen seine Eigenschaften?
Wasser (H2O) ist ein sehr einfaches Molekül, das aus 2 Wasserstoffatomen (2*H) und einem Sauerstoffatom (O) besteht. Sauerstoff zieht Elektronen stärker an als der Wasserstoff, er hat eine viel höhere Elektronenaffinität. Auf eine abgeschlossene äußere Elektronenhülle fehlen ihm zwei Elektronen. Je eines bekommt er von zwei Wasserstoffatomen zur Verfügung gestellt, mit dem er deshalb eine Bindung eingeht. Es entsteht eine sehr stark polare Molekülbindung mit 2 H-„Ionen“ und einem O-„Ion“, wobei der Sauerstoff als negatives Anion und die Wasserstoffatome als positive Kationen wirken.
Außerdem ordnen sich beim Wassermolekül die Atome nicht in einer Linie an, sondern schließen einen Winkel von 104,45 Grad ein, mit dem Sauerstoff in der Mitte. Dieser Bindungswinkel kann mit der Quantenmechanik berechnet werden. Durch die asymmetrische Ladungsverteilung ergibt sich ein Dipol mit dem negativen Sauerstoff auf der einen und den positiven H-Atomen auf der anderen Seite. 
Diese Dipolwirkung des Wassers (siehe Bild anbei) ist auch der Grund für seine vielen Besonderheiten:
Wasser neigt zu Wasserstoffbrückenbindungen, bei denen sich ein H-Atom an einem fremden O-Atom anheftet. Dadurch entstehen lose Zusammenschlüsse mehrerer Wassermoleküle, die man Cluster nennt. Diese halten zwar nur Bruchteile von Sekunden, aber das reicht um die Dichte des flüssigen Wassers derart zu erhöhen, dass sie die von Eis mit seiner hexagonalen Kristallstruktur übersteigt.

Außerdem wird durch die Wasserstoffbrückenbindungen die Oberflächenspannung erhöht, eine Eigenschaft, die beschreibt, wie sehr Wasser zur Tröpfchenbildung neigt, bzw. wie wenig Wasser andere Körper benetzt.
Wasser besitzt dadurch auch die höchste Verdampfungsenthalpie aller Stoffe, ein Wert der angibt, wie viel Energie benötigt wird, um flüssiges Wasser bei der jeweiligen Verdampfungstemperatur in den gasförmigen Zustand zu bringen, da die Brückenbindungen extra Energie brauchen, um gelöst zu werden.
Auch die Wärmekapazität von Wasser ist dadurch höher als die aller anderen bekannten Stoffe.
Und zuletzt erklärt die Dipolwirkung des Wassers auch seine guten Eigenschaften als Lösungsmittel, da sich beide Enden sehr gut an Ionen anderer Stoffe anlagern können.

Noch einige Daten zum Wasser:

Wärmekapazität: 4,18 kJ/kgK
Verdampfungsenthalpie: 2256 kJ/kg
Oberflächenspannung: 72 mN/m bei +20 °C
Molare Masse: 18 g/mol
Dichte: 1.000 kg/m³
Bild: Anordnung von Wasserstoff und Sauerstoffatomen in einem Wassermolekül
Bildquelle: Wikipedia: URL: www.de.wikipedia.org/wiki/Bild:Watermolecule.png