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
Dichte gibt ein Verhältnis von Masse und Volumen eines Stoffes an. Sie wird mit der Einheit ρ (rho) gemessen.Die Dichte eines Stoffes hängt von der Temperatur und dem Druck ab.
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:
m = Masse des Körpers V = Volumen des Körpers Für die Einheiten gilt:
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.
Nehmen wir an, Du hast 1 Liter Wasser und eine Masse von 1 Kilogramm.Dann ergibt sich daraus eine Dichte von .
Die Masse ist das Gewicht. Beispiel: 1 KilogrammDas Volumen ist der Rauminhalt. Beispiel: 1 Liter
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.
| Temperatur in °C | Dichte in |
| 0 | 0,920 |
| 4 | 0,999.972 |
| 10 | 0,999.700 |
| 20 | 0,998.209 |
| 50 | 0,988.040 |
| 70 | 0,977.760 |
| 100 | 0,958.300 |
Die Dichte gibt an, welche Masse ein bestimmtes Volumen eines Stoffes bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck hat.
Formelzeichen: Einheiten:
Die Dichte von Flüssigkeiten kann mit Aräometern gemessen werden.
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.
Die Dichte von Wasser ist am größten und das Volumen am geringsten, wenn die Temperatur bei etwa bei 4 °C(3,98 °C) liegt. Die Dichte beträgt dann .
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.
Partialladung oder auch Teilladung ist die unterschiedliche Ladung von zwei Bindungspartnern (Atom oder Moleküle).
Abbildung 2: Wasserstoffbrückenbindungen
Bei Temperaturabsenkung unter 0 °C gefriert Wasser und wird zu Eis. Die Molekülschwingungen sind bei dieser Temperatur so gering, dass jedes Sauerstoffatom tetraedrisch (vierflächig) von vier Wasserstoffatomen umgeben ist.
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.
Die Wechselwirkungen zwischen Molekülen beeinflussen maßgeblich den Aggregatzustand und die chemische Reaktivität von Molekülverbindungen. Hieraus ergibt sich ihre große Bedeutung für die Entwicklung des Lebens auf der Erde.
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
Dichte von Wasser – Das Wichtigste
- Die Dichte gibt an, welche Masse ein bestimmtes Volumen eines Stoffes hat.
- Bei Wasser beträgt die Dichte 997 kg pro Kubikmeter.
- Gefrorenes Wasser (Eis) hat eine geringere Dichte als nicht gefrorenes Wasser – deshalb schwimmt Eis über Wasser.
- Die Dichte lässt sich berechnen, indem Du die Masse durch das Volumen teilst.
- Beachte, dass die Dichte von Wasser temperaturabhängig ist.
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