Dichte von Wasser

Wasser ist überall – ohne Wasser könnte kein Leben auf der Erde existieren. Dabei weist es interessante Eigenschaften auf. Viele davon kannst Du im Alltag beobachten: Zum Beispiel gehen die Eiswürfel in Deinem Getränk nicht unter. Warum ist das so? Der Grund dafür liegt an den unterschiedlichen Wasserdichten von gefrorenem und flüssigem Wasser.

Dichte von Wasser – Definition

Bei der Begriffsdefinition von Dichte spielen auch die Masse und das Volumen eine wichtige Rolle. Die Dichte gibt an, welche Masse ein bestimmtes Volumen eines Stoffes hat.

Die Dichte ist eine Stoffkonstante und hat für einen Stoff einen bestimmten Wert. Du kannst sie mit folgender Gleichung berechnen:

Für die Einheiten gilt:

$1\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}=1\frac{\mathrm{kg}}{{\mathrm{dm}}^3}=1000\frac{\mathrm{kg}}{{\mathrm{m}}^3}=1000\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{l}}$

Dichte von Wasser berechnen

Um die Dichte von Wasser zu berechnen, fügst Du einfach die Werte in die Formel ein. Du benötigst hierfür die Masse und das Volumen eines Körpers.

Dichte von Wasser und die Abhängigkeit der Temperatur

Die Dichte des Wassers ist abhängig von seiner Temperatur. Die Dichte verändert sich also, sobald sich die Temperatur verändert. Wie Du in der Tabelle unten sehen kannst, ist die Dichte bei gefrorenem Wasser (Eis) sehr gering. Bei 4 °C hat Wasser seine höchste Dichte und fällt ab dann wieder ab.

Dichteanomalie des Wassers

Die Dichte eines Stoffes ist temperaturabhängig. In der Regel werden Stoffe dichter, je kälter sie werden. Die Teilchen, aus denen ein Stoff besteht, bewegen sich mit sinkender Temperatur weniger stark und können so dichter gepackt werden. Bei Wasser sieht das jedoch anders aus.

Bei 4 °C erreicht Wasser seine größte Dichte und sein geringstes Volumen. Kühlst Du Wasser unter 4 °C ab, nimmt seine Dichte wieder ab – das Volumen vergrößert sich. Kühlst Du Wasser auf 0 °C, wird es zu Eis, dessen Dichte noch geringer ist.

Abbildung 1: Volumen des Wassers

Wasserstoffbrückenbindungen

Wasser H₂O hat eine molare Masse von und einen Siedepunkt bei 100 °C. Schwefelwasserstoff H₂S siedet bei -53 °C. Bei Zimmertemperatur ist es also gasförmig – bei fast doppelt so großer Molekülmasse.

Dieses Phänomen beruht auf der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wasserstoffatomen und den Sauerstoffatomen benachbarter Moleküle. Die Elektronen, der kovalenten Bindung von Sauerstoff und Wasserstoff, werden von den stark elektronegativen Sauerstoffatomen nah herangezogen. Dadurch entsteht am Sauerstoff eine negative und am Wasserstoff eine positive Partialladung.

Abbildung 2: Wasserstoffbrückenbindungen

In gefrorenen Wasser (Eis) ist die Dichte geringer als in flüssigen Wasser. Schmilzt das Eis jedoch, werden die Wasserstoffbrücken teilweise gelöst und es entstehen kleinere Bündel. Die meisten anderen Stoffe haben im festen Zustand die größte Dichte.

Dichte von Wasser und Eis

Die Dichte von Wasser beträgt bei 4 °C . Beim Gefrieren dehnt sich Wasser aus. Man spricht hier auch von der Sprengwirkung. Eis, das eine Temperatur von 0 °C hat, weist eine Dichte von auf. Eis hat eine geringere Dichte als Wasser. Es nimmt also bei gleichbleibender Masse ein größeres Volumen ein. Das ist der Grund, weshalb Eis auf Wasser schwimmt.

Je nach Temperatur weist Wasser also ein anderes Verhalten auf. In der unten abgebildeten Zeichnung kannst Du sehen, dass im Winter das Wasser am Grund des Sees nicht gefroren ist. Daher ist es den Fischen und anderen Lebewesen möglich zu überleben, obwohl die Oberfläche gefroren ist.

Abbildung 3: Dichteanomalie des Wassers