{"id":416,"date":"2014-11-04T06:05:06","date_gmt":"2014-11-04T04:05:06","guid":{"rendered":"http:\/\/www.zingg-dive.ch\/blog\/?p=416"},"modified":"2026-08-03T02:33:15","modified_gmt":"2026-08-03T00:33:15","slug":"dichteanomalie-von-wasser","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.zingg-dive.ch\/blog\/dichteanomalie-von-wasser\/","title":{"rendered":"Dichteanomalie von Wasser"},"content":{"rendered":"<p>Wieso schwimmen Eisw\u00fcrfel im Wasser? Wie k\u00f6nnen Fische im Winter in kleinen Seen \u00fcberleben, obwohl der See an der Oberfl\u00e4che gefriert? Dass Wasser in verschieden Formen vorkommt, n\u00e4mlich fest, fl\u00fcssig und gasf\u00f6rmig, wissen die meisten noch. Bei beinahe allen Stoffen besitzt die feste Form die h\u00f6chste Dichte und nimmt entsprechend in dieser Form das kleinste Volumen ein. Entsprechend sinkt bei all diesen Stoffen die feste Form in der fl\u00fcssigen. Wasser macht das jedoch genau nicht und bildet eine Ausnahme. Wasser hat bei 4\u00b0C seine h\u00f6chste Dichte und nimmt entsprechend dort das geringste Volumen ein, Wasser das weiter gek\u00fchlt wird, besitzt also wieder eine geringere Dichte und ist leichter. Dieser Umstand wird als Anomalie des Wassers bezeichnet.<\/p>\n<figure id=\"attachment_1710\" aria-describedby=\"caption-attachment-1710\" style=\"width: 207px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img data-recalc-dims=\"1\" loading=\"lazy\" decoding=\"async\" data-attachment-id=\"1710\" data-permalink=\"https:\/\/www.zingg-dive.ch\/blog\/dichteanomalie-von-wasser\/iceberg\/\" data-orig-file=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.zingg-dive.ch\/blog\/wp-content\/uploads\/2014\/11\/Iceberg.jpg?fit=440%2C639&amp;ssl=1\" data-orig-size=\"440,639\" data-comments-opened=\"1\" data-image-meta=\"{&quot;aperture&quot;:&quot;0&quot;,&quot;credit&quot;:&quot;&quot;,&quot;camera&quot;:&quot;&quot;,&quot;caption&quot;:&quot;&quot;,&quot;created_timestamp&quot;:&quot;0&quot;,&quot;copyright&quot;:&quot;&quot;,&quot;focal_length&quot;:&quot;0&quot;,&quot;iso&quot;:&quot;0&quot;,&quot;shutter_speed&quot;:&quot;0&quot;,&quot;title&quot;:&quot;&quot;,&quot;orientation&quot;:&quot;0&quot;}\" data-image-title=\"Iceberg\" data-image-description=\"\" data-image-caption=\"\" data-large-file=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.zingg-dive.ch\/blog\/wp-content\/uploads\/2014\/11\/Iceberg.jpg?fit=440%2C639&amp;ssl=1\" class=\"wp-image-1710 size-medium\" src=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.zingg-dive.ch\/blog\/wp-content\/uploads\/2014\/11\/Iceberg.jpg?resize=207%2C300&#038;ssl=1\" alt=\"\" width=\"207\" height=\"300\" srcset=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.zingg-dive.ch\/blog\/wp-content\/uploads\/2014\/11\/Iceberg.jpg?resize=207%2C300&amp;ssl=1 207w, https:\/\/i0.wp.com\/www.zingg-dive.ch\/blog\/wp-content\/uploads\/2014\/11\/Iceberg.jpg?w=440&amp;ssl=1 440w\" sizes=\"auto, (max-width: 207px) 100vw, 207px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-1710\" class=\"wp-caption-text\">Wie viel vom Eisberg ist an der Oberfl\u00e4che? (Quelle: <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Eisberg#\/media\/File:Iceberg.jpg\">Wikimedia<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Wir haben jeden Tag, dauernd mit Wasser zu tun, es ist lebensnotwendig und f\u00fcr Taucher das Medium in dem er sich bewegt und er auch kennen sollte. Nichtsdestotrotz fragen nur selten nach den Eigenschaften von Wasser. Wir wissen, dass es bei 0\u00b0C gefriert und etwa bei 100\u00b0C siedet, aber ansonsten ist eigentlich nur wichtig das es aus de Wasserhahn fliesst und wir es trinken oder anderweitig verwenden k\u00f6nnen. In der Natur ist dies aber nicht so. Fische \u00fcberleben den Winter nur genau dank dieser Anomalie. Wenn man bedenkt, dass alles Leben in der Evolutionstheorie aus dem Wasser stammt, konnten unsere, im Wasser lebenden, Vorfahren auch nur deshalb \u00fcberleben. Zuerst jedoch ein paar Grundlegende Eigenschaften von Wasser.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Die Entscheidende Eigenschaft von Wasser ist die Tatsache, dass es ein Dipol ist. Wasser ist kein einzelnes Atom, sondern ein Molek\u00fcl und besteht aus zwei Wasserstoffatomen sowie einem Sauerstoffatom. In der Physik oder Chemie wird daher Wasser meistens\u00a0mit H2O bezeichnet. Die beiden Wasserstoffe bilden mit dem Sauerstoff ein Molek\u00fcl. Dadurch dass die beiden H-Atome, welche an das O-Atom gebunden sind, die Elektronen im Molek\u00fcl weniger anziehen als das O und zudem einen Winkel von ca. 105\u00b0 bilden ist Wasser ein Dipol. So k\u00f6nnen sich n\u00e4mlich Partialladungen ausbilden. Durch die Ladungsverschiebung sind die beiden Wasserstoffatome leicht positiv und das Sauerstoffatom leicht negativ geladen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Dadurch dass das Wassermolek\u00fcl ein Dipol ist, k\u00f6nnen jetzt die einzelnen Molek\u00fcle wieder miteinander wechselwirken. Die Molek\u00fcle \u00fcben n\u00e4mlich Anziehungs- und Absto\u00dfungskr\u00e4fte aufeinander aus. Die partial positiv geladenen Wasserstoffe ziehen die negativen Sauerstoffe von anderen Molek\u00fclen an. Dadurch k\u00f6nnen sich die sogenannten Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen ausbilden. Die Wasserstoffbr\u00fccken\u00a0haben eine St\u00e4rke, die etwa 10% einer normalen Chemischen Bindung entsprechen. Das ist eine recht starke intermolekulare Kraft. Auf dieser Dipoleigenschaft und somit der Wasserstoffbr\u00fcckenbildung beruhen sehr viele physikalische und chemische Eigenschaften des Wassers, zum Beispiel eben der Anomalie.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Wie funktioniert das jedoch genau? Wie eben erw\u00e4hnt bilden sich zwischen den einzelnen Wassermolek\u00fclen Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen aus. Somit bilden die Molek\u00fcle immer kleine Konstrukte. Je nachdem wie stark sich die Molek\u00fcle bewegen, k\u00f6nnen gr\u00f6ssere oder kleinere Gebilde konstruiert werden. Je w\u00e4rmer ein Stoff wird, desto mehr bewegen sich die Molek\u00fcle und es wird schwieriger f\u00fcr die Molek\u00fcle eine Wasserstoffbr\u00fccke zu bilden. Erhitzt man Wasser also nur hoch genug, sind die Molek\u00fcle irgendwann so schnell und alle Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen l\u00f6sen sich. Hier ist der Siedepunkt erreicht und Wasser geht in seinen gasf\u00f6rmigen Zustand \u00fcber.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Man w\u00fcrde nun erwarten, dass sich bei 0\u00b0C die meisten Wasserstoffbr\u00fccken ausbauen, dies ist aber nicht der Fall. Das Optimum ist bei 4\u00b0C erreicht. Daher besitzt dort auch Wasser seine gr\u00f6\u00dfte Dichte. Das kann man sich folgendermassen erkl\u00e4ren: Die Strukturen die sich mit den Wasserstoffbr\u00fccken bilden, stellen Kristallgitter dar. Diese Gitter brauchen jedoch mehr Volumen als wenn die Molek\u00fcle frei sind. In Wasser \u00fcber 4\u00b0C besteht Wasser aus einer sich dauernd neubildenden Mischung dieser Strukturen und einzelner Molek\u00fcle. Je h\u00f6her die Temeperatur ist desto mehr Platz braucht jedes Molek\u00fcl, entsprechend steigt das Volumen\/ die Dichte nimmt ab. Wasser unter 4\u00b0C bildet jedoch zu grosse Gitter aus. Je k\u00e4lter das Wasser wird desto gr\u00f6ssere Strukturen bilden sich die mehr Volumen brauchen und schon sinkt die Dichte. Bei 3.98\u00b0C ist genau das Volumenoptimum erreicht in der Mischung aus gerade einzelnen Molek\u00fclen und Strukturen.\u00a0Achtung viele meinen das wenn Wasser gefriert die Molek\u00fcle still stehen, dass stimmt absolut nicht, der Stillstand findet erst beim absoluten Nullpunkt statt (-273.15\u00b0C). In Eis bei -10\u00b0C bewegen sich die Atome also durchaus noch! Der Dichteunterschied zwischen 0\u00b0C und 4\u00b0C ist zwar relativ gering, aber dennoch gut messbar. Dies wird eben als Anomalie des Wassers bezeichnet, dass H20 bei 4\u00b0C seine h\u00f6chste Dichte hat und nicht bei 0\u00b0C.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Wieso gefrieren Seen im Winter nicht zu? Wie man jetzt nun wei\u00df, hat Wasser bei 4\u00b0C seine h\u00f6chste Dichte.\u00a0Das heisst, dass das 4\u00b0C warme Wasser ganz an den Grund des Sees sinkt und sich die k\u00e4lteren Schichten oben befinden. Im Sommer befinden sich statt der kalten Schichten die Warmen oben. Dieser Effekt ist nicht nur im Winter f\u00fcr die Fische wichtig. Im Fr\u00fchling und im Herbst gibt es eine Zeit, in der der ganze See in etwa die gleiche Temperatur hat. In dieser Zeit k\u00f6nnen sich alle Schichten durchmischen und es findet wichtige Umw\u00e4lzungen von N\u00e4hrstoffen und Sauerstoff statt ohne die Leben in gr\u00f6sseren Tiefen nicht m\u00f6glich w\u00e4re.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Eine Frage bleibt jedoch noch. Wenn ich an der Oberfl\u00e4che Eis habe, wieso gefriert dann das direkt darunter befindende Wasser nicht und dann wieder und wieder bis der ganze See bis zuunterst zufriert? Es gibt verschiedene Effekte die daf\u00fcr sorgen. Zum einen gibt es die Erdw\u00e4rme, die den See ganz leicht von unten w\u00e4rmt. Der wichtigste Effekt sind jedoch die thermischen Schichten. Taucher kennen dies oftmals als Temperatursprung beim Ab-\/Auftauchen. Das Wasser bildet sofern es ruhig ist Schichten mit verschiedenen Temperaturen. Also w\u00fcrde ein See der dauernd ganz leicht bewegt wird durchfrieren, Fl\u00fcsse und B\u00e4che sind da aber schon viel zu schnell.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Wir verdanken also das \u00dcberleben der Fische und Pflanzen in Gew\u00e4ssern und damit vielleicht sogar unsere Existenz einer physikalischen Anomalie des so allt\u00e4glichen Wassers.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Wieso schwimmen Eisw\u00fcrfel im Wasser? 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