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Wasser ist das mit Abstand wichtigste Molekül, das auf der Erde vorkommt. Allein der Mensch besteht zu etwa 70 % aus Wasser. Säuglinge bestehen teilweise sogar bis zu 85 % daraus. Insgesamt 71 % der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Wie du siehst, handelt es sich dabei um ein lebensnotwendiges Molekül. Definieren kann man Wasser folgendermaßen:
Wasser beschreibt das Molekül H2O in seinem flüssigen Zustand. In festem Zustand wird es als Eis bezeichnet. Gasförmig nennt man es Wasserdampf. Wasser ist zudem die Grundlage des Lebens.
Im Folgenden lernst du die Eigenschaften des Wassers im chemischen Sinne kennen.
Die wichtigsten Stoffeigenschaften von Wasser sind:
| Stoffeigenschaft | Wasser |
| Formel |  |
| Aggregatzustand | fest: Eisflüssig: Wassergasförmig: Wasserdampf |
| Dichte |  |
| Siedepunkt | 100 °C |
| Schmelzpunkt | 0 °C |
| Farbe | farblos |
| Molmasse |  |
Anhand der Formel erkennst du, dass Wasser aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht. Die OH-Bindungen stehen in einem Winkel von 104,5° zueinander. Damit weicht der Winkel leicht vom perfekten Tetraeder-Winkel ab. Die Ursache dafür liegt in den Elektronenpaaren des Sauerstoffs, die mehr Platz benötigen als eine Bindung zwischen Atomen.
Abbildung 1: Aufbau des Wassermoleküls Quelle: ingonetz.de
In der Abbildung siehst du, wie Wasser aufgebaut ist. An den jeweiligen Atomen des Wasserstoffs stehen ein δ+ oder ein δ-. Dies bezieht sich auf die Elektronegativität. Sauerstoff hat mit 3,5 im Gegensatz zu Wasserstoff mit 2,1 die höhere Elektronegativität, weshalb die Elektronen mehr in Richtung Sauerstoff gezogen werden.
Aufgrund dieser Differenz gibt es jedoch noch eine weitere wichtige Eigenschaft des Wassers: Es ist polar und somit eines der wichtigsten polaren Lösungsmittel.
Man spricht von polaren Molekülen, wenn die Differenz der Elektronegativitäten der Atome zwischen 0 und 1,7 liegt.
Außerdem ist zu beachten, dass polare Substanzen sich nur in polaren Lösungsmitteln lösen. Weiterhin löst sich Unpolares nur in Unpolarem.
Eine weitere Eigenschaft des Wassers ist die höchste spezifische Wärmekapazität, die bei Flüssigkeiten vorkommt. Wasser besitzt dabei eine Wärmekapazität von 
.
Konkret bedeutet das, dass insgesamt 4184J Energie benötigt werden, um ein Kilogramm Wasser um nur 1 Kelvin zu erwärmen. Gleichzeitig wird genau diese Energiemenge frei, wenn Wasser um ein Kelvin pro Kilogramm abkühlt. Aus diesem Grund kann Wasser sehr viel Wärme speichern.
Wie du nun bereits weißt, ist Wasser eine polare Substanz, das heißt es fungiert auch als polares Lösungsmittel. Gleichzeitig lassen sich Stoffe, wie Salze, sehr leicht in Wasser lösen. Das liegt vor allem an der Eigenschaft des Wassers, Hydrathüllen auszubilden.
Abbildung 2: Die Hydrathülle Quelle: chemgapedia.de
In der Abbildung siehst du jeweils ein Kation und ein Anion. Wassermoleküle lagern sich nun um dieses Ion an. Wie du inzwischen weißt, ist das Sauerstoffion (hier rot) leicht negativ geladen. Daher werden sich die Wassermoleküle entsprechend ausrichten. Die Wasserstoffmoleküle (hier weiß) sind hingegen aufgrund der Elektronegativität des Sauerstoffs leicht positiv geladen und werden sich um das Anion entsprechend anordnen, wie es in der Abbildung dargestellt ist.
Diese Ansammlung der Wassermoleküle um die Ionen sorgt dafür, dass sich die Ionen nicht wieder verbinden. Viele Stoffe sind dadurch sehr leicht in Wasser löslich. Besonders Salze sind auch häufig in großen Mengen löslich.
Für Wasser gibt es nicht viele Nachweisreaktionen. Allerdings kannst du weißes, kristallwasserfreies Kupfersulfat verwendet. In Kontakt mit Wasser färbt dieses sich hellblau. Die Reaktion lässt sich mit der entsprechenden Reaktionsgleichung darstellen:
Das Reaktionsprodukt in diesem Fall stellt dar, dass Wasser als Hydrathülle für das jeweilige Salz wirkt. Es ist fester Bestandteil des Moleküls und kann nur durch Erhitzen entfernt werden, wodurch das Kupfersulfat wieder eine weiße Farbe annimmt.
Eine ähnliche Methode funktioniert mithilfe von blauem Cobalt(II)-chloridpapier. Durch den Kontakt mit Wasser verfärbt sich dieses rot. Dabei entsteht ein ähnliches Reaktionsprodukt, in dem Wasser als Hydrathülle fungiert.
Wasser hat eine sehr große Bedeutung für den Menschen, da er bis zu 70 % aus Wasser besteht. Inzwischen gibt es jedoch noch weitere Aspekte, um vor allem auch eine Zivilisation aufrechtzuerhalten.
Aufgrund des hohen Wasseranteils im menschlichen Körper ist eine ausreichende Wasserversorgung bedeutend für die Gesundheit. Ansonsten kann es zu einer Dehydratation kommen. Die typischen Symptome sind Durchblutungsstörungen, Erbrechen und Muskelkrämpfe. Oftmals kommt es zu Kopfschmerzen aufgrund fehlender Flüssigkeitsversorgung.
Über die genaue Menge, die den täglichen Mindestbedarf beschreibt, gibt es verschiedene Meinungen. Die gängigste Auffassung spricht dabei von 1,5 bis 2 Liter am Tag. Allerdings zählt auch an dieser Stelle, dass ein Übermaß an Wasser ebenfalls gesundheitsschädigend sein kann. So kann es ab einer Menge von 20 Liter pro Tag zu einer Wasservergiftung kommen.
Abbildung 3: Wasserverbrauch in deutschen Haushalten 2019 Quelle: statista.com
Die Abbildung zeigt dir den Verbrauch der Deutschen an. Insgesamt 36 % des jährlichen Verbrauchs werden allein für die Hygiene des Menschen in Form von Duschen oder Baden benötigt. Das tägliche Bedürfnis, eine Toilette zu besuchen, nimmt weitere 27 % ein. Dementsprechend besitzt Wasser auch eine sehr große Bedeutung, sobald es um Sauberkeit geht.
Seit 2010 zählt die Versorgung der Menschen mit sauberem Trinkwasser und einer sanitären Grundversorgung zu den Menschenrechten, die von den UN durchgesetzt werden. Zahlreiche Organisationen setzen sich heute dafür ein, dass jeder Mensch genau diese Versorgung erhält.
Ein Großteil des Wassers, das wir aus den Wasserhähnen erhalten, ist Trinkwasser. Dabei werden nur 4 % des jährlichen Verbrauchs für das aktive Trinken verwendet. Der Rest verschwindet im Abfluss und geht als Abwasser zurück. Mithilfe einer Kläranlage wird dieses Wasser dann gereinigt.
Abbildung 4: Wasserkreislauf von Trink- und Abwasser Quelle: via azv.sh
Die Abbildung zeigt dir, wie ein solcher Wasserkreislauf aussehen kann. Dabei wird das Wasser in einem Wasserwerk aufbereitet, damit es als Trinkwasser an die Haushalte geleitet werden kann. Von dort gelangt das Abwasser dann in die Kläranlage, wo es gereinigt wirkt und anschließend wieder dem Wasserkreislauf zugeführt wird. Ein wichtiger Teil davon ist die Agrarindustrie.
Auch das Klima dieser Erde ist hauptsächlich bedingt durch Regen. Im Abschnitt zu den Eigenschaften des Wassers hast du gelernt, dass Wasser die höchste spezifische Wärmekapazität besitzt. Das bedeutet, Wasser speichert sehr viel Wärme.
Diese Eigenschaft verändert besonders das Klima in Küstennähe. So ist es viel seltener, dass hier extreme Temperaturen herrschen. Im Winter gibt das Meer oder der Ozean ausreichend Wärme ab, um die Küste zu wärmen. Im Sommer nimmt es die Wärme auf, sodass es nie so warm wird wie hunderte Kilometer vom Meer entfernt.
Zuvor hast du bereits gelernt, dass Wasser die Grundlage des Lebens allgemein darstellt. So sind nicht nur Menschen darauf angewiesen. Auch Pflanzen benötigen Wasser, hauptsächlich jedoch als Transportmittel für die überlebensnotwendigen Ionen, die sie mithilfe des Wassers aus dem Erdreich aufnehmen.
Dabei ist die Frage, woher das Wasser aus unserem Planeten stammt, bis heute ungeklärt. Theorien gehen davon aus, dass ein Teil des Wassers sicherlich auch aus dem Erdinneren kommt. Allerdings lassen sich damit nicht die heute vorhandenen Mengen erklären. Bei der Suche nach weiteren Planeten, auf denen Menschen leben können, ist eine der Hauptbedingungen vor allem das Vorhandensein von Wasser.
Zum Abschluss dieses Artikels über Wasser stellen wir dir noch einmal die wichtigsten Reaktionen vor, die du dir merken solltest.
Chemisch betrachtet lässt sich die Entstehung von Wasser mit dieser Gleichung formulieren. Wichtig ist dabei, dass du nicht vergisst, dass Sauerstoff und Wasserstoff immer nur als Molekül auftreten.
Auch die Gleichgewichtsreaktion des Wassers ist wichtig, da sie die Grundlage für viele Säure- oder Base-Reaktionen ist. Die dabei entstehenden Ionen sind an vielen Reaktionen beteiligt und beeinflussen sie. Gleichzeitig wird anhand der Konzentration dieser Ionen auch der pH-Wert beurteilt.
Die Photosynthesegleichung ist eine der wichtigsten Gleichungen mit Wasserbeteiligung, die es gibt. Nur anhand dieser Reaktion entsteht der für Tiere notwendige Sauerstoff zum Überleben.
Natürlich gibt es noch weitere Reaktionen, an denen Wasser beteiligt ist. Hier sind ein paar Beispiele aufgelistet:
Aus chemischer Sicht handelt es sich bei Wasser um das Molekül H₂O, bestehend aus zwei Wasserstoffmolekülen und einem Sauerstoffmolekül.
Wasser wird zum Einen natürlich für die Reinigung der chemischen Laborgeräte verwendet. Häufig wird destilliertes Wasser verwendet, um ungewollte Reaktionen zu vermeiden. Weiterhin spielt Wasser natürlich selbst eine Rolle in den verschiedenen Reaktionen. Dazu zählen:
Ja, bei Wasser handelt es sich um eine Chemikalie. Es besitzt, genau wie jedes andere Molekül, eine chemische Struktur (H₂O) und kann in der Chemie für Reaktionen verwendet werden.
Ein Gemisch kann homogen oder heterogen sein. In jedem Fall erkennt man Moleküle mehrerer Arten. So ist kohlensäurehaltiges Wasser ein Gemisch, weil man sowohl Kohlensäure als auch Wasser erkennen kann. In reinem Wasser hingegen erkennt man nur die H₂O-Moleküle. Daher handelt es sich um eine Verbindung.
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