Wasser : Was ist das?

Das Wasser

Das Wasser gehört zu den verbreitetsten Verbindungen der Natur. Etwa 3/4 der Erd- oberfläche ist von Salzwassermeeren bedeckt. Auch in den Gesteinen sind große Mengen Wasser in Form von gebundenem Kristallwasser enthalten. Außerdem bildet Wasser den Hauptbestandteil der Pflanzen (bis 90%) sowie des tierischen und mensch-lichen Körpers (rund 65%).

Vorkommen und Gewinnung

Das Wasser in der Natur unterliegt einem stetigem Kreislauf. Aus dem Meer verdunstet Wasser und bildet Wolken. Sie werden vom Wind über das Land getrieben und gehen dort als Niederschlag in Form von Regen, Hagel und Schnee nieder. Ein Teil davon verdunstet wieder. Der Rest sammelt sich entweder an der Erdoberfläche in Seen und Flüssen oder sickert in das Erdreich ein und bildet Grundwasser. Aus den Seen, Flüssen und dem Grundwasser wird Wasser zum Gebrauch entnommen.

Das in der Natur vorkommende Wasser ist, chemisch betrachtet, nie ganz rein. Bereits das Regenwasser enthält gelöste Gase aus der Luft und Verunreinigungen durch Staub. Das Grundwasser besitzt zusätzlich gelöste Mineralsalze aus dem Erdboden und den Gesteinen und das Fluß- und Seewasser ist durch Abwassereinleitungen meist stark verschmutzt. Zum Gebrauch als Trinkwasser wird Wasser dem Grundwasser- strom entnommen und gereinigt. Die im Grundwasser gelösten Mineralsalze geben dem Trinkwasser einen frischen, angenehmen Geschmack. Chemisch reines Wasser schmeckt fade. Der Wasserverbrauch beträgt zur Zeit etwa 400 Liter pro Einwohner und Tag. Hauptverbraucher sind die Haushalte und die Industrie. In der Chemie wird häufig absolut reines Wasser benötigt. Es wird aus Trinkwasser durch Destillieren oder durch Entsalzen im Ionenaustauscher hergestellt.

Eigenschaften

Reines Wasser ist eine farblose, geruch- und geschmacklose Flüssigkeit mit einer Dichte von 1 g/cm³ (bei 4°C), einer Schmelztemperatur von 0°C und einer Siede- temperatur von 100°C. Wasser dient zur Festlegung der Temperaturskala. Je nach Temperatur kommt Wasser in den Erscheinungsformen Eis, Wasser und Wasserdampf vor.

Wasser ist ein außergewöhnlicher Stoff. Von besonderer Bedeutung ist die sogenannte Anomalie der Wärmeausdehnung des Wassers. Darunter versteht man die Tatsache, daß Wasser bei +4°C sein kleinstes Volumen einnimmt und sich sowohl bei Erwärmung über +4°C als auch bei Abkühlung unter +4°C ausdehnt. Bei den meisten anderen Flüssigkeiten wird das Volumen beim Abkühlen bis zum Erstarren fortlaufend kleiner.

Für die Lebewesen im Wasser ist die Anomalie des Wassers von großer Bedeutung:
Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt schwimmen die kalten Wasserschichten (mit 0°C) oben auf, da sie leichter sind als Wasser von +4°C. Es bildet sich eine Eisschicht an der Wasseroberfläche. Sie wirkt wie eine isolierende Decke über dem Gewässer. Besäße das Wasser diese Anomalie nicht, so würde beim Zufrieren das kalte Wasser auf den Grund sinken, und das Gewässer vom Grund her zu einem Eisblock zufrieren, und damit das Leben im Wasser absterben.

Wasser ist das wichtigste Lösungsmittel. Es besitzt vor allem für anorganische Stoffe ein großes Lösevermögen. Für physiologische Vorgänge, das sind die chemischen Vorgänge in Lebewesen, ist Wasser das Lösungs- und Transportmittel schlechthin. Das Leben wäre auf der Erde ohne Wasser nicht möglich.
Die Stoffe besitzen in Wasser eine sehr unterschiedliche Löslichkeit. Stoffe wie Koch- salz oder Zucker sind leichtlöslich, die Gesteine sind schwerlöslich und Metalle wie Eisen sind praktisch unlöslich.
Lösungen fester Stoffe in Wasser “wäßrige Lösungen” haben andere Eigenschaften als das reine Wasser: Sie haben eine größere Dichte, eine höhere Siedetemperatur und eine niedrigere Gefriertemperatur.
Auch viele Gase sind in Wasser löslich, wie z.B. Luft oder Kohlenstoffdioxid (die so- genannte Kohlensäure im Sprudel). Im Gegensatz zu den festen Stoffen, die sich im allgemeinen um so besser lösen, je höher die Temperatur ist, nimmt die Löslichkeit der Gase mit steigender Temperatur ab.

Chemische Zusammensetzung

Analyse des Wassers
Am leichtesten läßt sich Wasser mit Hilfe des elektrischen Stroms zerlegen. Man nennt diesen Vorgang Elektrolyse des Wassers (von Elektrizität und Analyse).

Dazu wird in einem Gefäß mit zwei Schenkeln eine Gleichspannung an zwei, in das Wasser ragende, Elektroden angelegt. An beiden Elektroden entsteht Gas, da sich ge- trennt in den Schenkeln sammelt. Am Minuspol, der Kathode, entsteht die doppelte Gasmenge wie am Pluspol, der Anode.

Die Spanprobe ergibt mit der geringeren Gasmenge den Nachweis, daß an der Anode Sauerstoff entstanden ist. Mit der Knallgasprobe stellt man fest, daß es sich bei der größeren Gasmenge an der Kathode um Wasserstoff handelt.

Die Wasserzerlegung bringt als Ergebnis:

Wasser ergibt bei der Zerlegung 2 Raumteile Wasserstoff und ein Raumteil Sauerstoff

Wasser ist eine chemische Verbindung, deren Moleküle aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff bestehen. Es hat die chemische Formel H2O.

Die Wägung, der bei der Wasserzersetzung entstehenden Gase ergibt ein Massenver- hältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff wie 1:8.

Synthese des Wassers

Daß es sich bei Wasser um eine chemische Verbindung aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff handelt, kann durch die Synthese von Wasser aus Wasser- stoff und Sauerstoff nachgewiesen werden. Dazu wird Wasserstoffgas in einem von außen mit Kühlwasser umflossenen Glaskolben verbrannt:

2 H2 + O2 –> 2 H2O + Energie

Das Verbrennungsprodukt ist Wasser in Form von Wasserdampf (gasförmig). Er kon- densiert an den Gefäßwänden.