Dichteanomalie bei Wasser – was ist das?
Warum nimmt das Volumen beim Wasser mit tieferer Temperatur zu?
Temperatur tief, Volumen hoch – Warum ist das bei Wasser so?
Beobachtet haben wir das alle schon: Bei unterschiedlichen Temperaturen verhalten sich unterschiedliche Stoffe abweichend. Während sich beispielsweise eine überirdische Stromleitung in der Sommerhitze ausdehnt und bei frostigen Temperaturen wieder strafft, beobachten wir bei Wasser etwas ganz anderes. Auch Wasser dehnt sich beim Erhitzen aus. Aber bei kühleren Temperaturen zieht es sich nicht etwa zusammen. Wir beobachten: Bei Temperaturen unter 4° Celsius und auch unter dem Gefrierpunkt wird das Volumen von Wasser grösser. Warum ist das so?
Thermische Ausdehnung und Dichteanomalie
Sowohl die Physik als auch die Chemie beschäftigen sich mit den Gesetzmässigkeiten der thermischen Ausdehnung unterschiedlicher Elemente und Stoffe. Bekannt ist, dass sich die meisten Elemente und Stoffe bei Wärme ausdehnen und bei Kälte ihr Volumen verringern. Die Rede ist dabei von der thermischen Ausdehnung. Dabei gelten einige Ausnahmen, die wir hier am Beispiel Wasser einmal kurz beschreiben wollen.
Was wir wissen: Wasser, als der wichtigste Stoff, den wir kennen, hat bei einer Temperatur von exakt 3.98° Celsius seine grösste Dichte erreicht. Wird es darüber hinaus erwärmt, vergrössert es sein Volumen. Das machen auch andere Elemente und Stoffe. Allerdings dehnt sich Wasser auch bei Temperaturen unter 3,98° Celsius aus. Hier sprechen wir von einer negativen thermischen Ausdehnung im Zusammenhang mit einer Dichteanomalie von Wasser.
In aller Regel erhöht sich die Dichte von Stoffen, sofern sie abgekühlt werden. Anders bei Wasser. Ab einer Temperatur unter knapp 4° Celsius dehnt sich Wasser aus. Unter dem Gefrierpunkt wechselt es dann sogar seinen Aggregatzustand und wird fest (Eis). In diesem Wechsel von Strukturen und Aggregatzustand sorgt die entstehende Kristallgitterstruktur in einem stetigen Wandel dafür, dass die einzelnen Kristalle mehr Platz benötigen, die Dichte sinkt und das Volumen steigt. Damit weicht Wasser vom Verhalten der meisten Elemente und Stoffe ab, was als Dichteanomalie bezeichnet wird.
Ganz schön kompliziert, aber immer noch nicht vollständig beschrieben. Wer jetzt mehr über das wachsende Volumen von Wasser bei Abkühlung unter 4° Celsius wissen will, besucht am besten einen AKAD Kurs mit Schwerpunkt Chemie. Dort wird das Geheimnis um den Volumenzuwachs von Wasser bei tieferer Temperatur ganz genau und detailliert geklärt, so dass Sie dann ganz genau wissen, was es damit auf sich hat. Natürlich gibt es dort auch jede Menge anderes Wissen aus dem Fachbereich Chemie.
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