Wasser ist Leben – diesen Spruch haben Sie sicher schon öfter gehört. Und dem ist kaum zu widersprechen, denn Wasser liefert uns und vielen anderen Organismen die Nährstoffe, die wir zum Überleben brauchen. Weil es so wichtig ist, wie auch Aquarianer wissen, widmen wir ihm einen eigenen Artikel. Heute geht es um Wasser – seine physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Ein paar einleitende Worte. Was ist Wasser?
H₂O – wahrscheinlich die bekannteste chemische Formel der Welt. Sie steht für Wasser, dessen chemisches Synonym Wasserstoffoxid ist. Unter Normalbedingungen ist es flüssig. Es kann jedoch seinen Aggregatzustand ändern – zu gasförmig (Wasserdampf) und fest (Eis). Es ist die Königin der Stoffe im Universum. Es ist einer der Bausteine der Planeten und kommt in der Atmosphäre und den Gewässern der Erde vor. In der Natur tritt es in Form von Gasen und Salzlösungen auf – Meerwasser enthält den größten Anteil, atmosphärischer Niederschlag den geringsten. Kennen Sie den Unterschied zwischen weichem und hartem Wasser? Er beschreibt einfach den Mineraliengehalt (hartes Wasser enthält viele Mineralien, weiches Wasser wenige).
Woher kam das Wasser?
Es ist nicht ganz klar. Es gibt mehrere Hypothesen, von denen die populärste besagt, dass Wasser, sowohl frei als auch in chemischen Verbindungen, bereits zum Zeitpunkt der Entstehung des Planeten auf der Erde vorhanden war.
Nach der Sonnenhypothese entstand Wasser auf unserem blauen Planeten dank des Sonnenwinds, der Wasserstoffatome lieferte, welche mit dem bereits vorhandenen Sauerstoff reagierten und so das uns allen bekannte H₂O erzeugten.
Die Anhänger einer anderen populären Hypothese – der geochemischen – glauben ihrerseits, dass Wasser im Erdmantel zusammen mit Siliziumhydrid als Nebenprodukt der Reaktion von Siliziumdioxid mit Wasserstoff entstanden ist.
Physikalische Eigenschaften von Wasser – solche, die für Aquarianer sehr und solche, die weniger wichtig sind
Wasser besitzt viele physikalische Eigenschaften. Wir werden versuchen, sie alle aufzulisten, aber auch diejenigen, die für Aquarien am wichtigsten sind, genauer beschreiben.
- Hohe spezifische Wärmekapazität und Wärmekapazität
Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist hoch (4,19 J/g·K), was seine beträchtliche thermische Trägheit und seine Rolle bei der Regulierung der Erdtemperatur erklärt. Die Ozeane – Wasserspeicher – speichern enorme Wärmemengen, die durch Meeresströmungen transportiert werden. Die Verdunstung von Wasser entzieht der aquatischen Umgebung Energie und reguliert so deren Temperatur. Durch Kondensation und Verdunstung wird diese Wärme wieder an die Atmosphäre abgegeben.
Hohe spezifische Wärmekapazität und Wärmekapazität bedeuten, dass zum Erwärmen von Wasser ein erheblicher Energieaufwand nötig ist. Welche Bedeutung hat das für die Biologie? Wasser schafft dank seiner temperaturregulierenden Eigenschaften stabile Lebensbedingungen für Organismen und schützt vor gefährlichen und unerwarteten Temperaturschwankungen.
- Fähigkeit zur Haftung und zum Zusammenhalt
Adhäsion bezeichnet die Fähigkeit einer Flüssigkeit, Wassermoleküle an elektrisch geladene Oberflächen zu ziehen. Kohäsion hingegen ist die gegenseitige Anziehung von Wassermolekülen. Ersteres Phänomen zeigt sich, wenn Wassermoleküle an Gefäßen oder Instrumenten in einem Aquarium haften bleiben, während letzteres beispielsweise kleinen Tieren die Fortbewegung auf der Wasseroberfläche ermöglicht.
- Geringe Kompressibilität – geringe Fähigkeit zur Volumenänderung
Sie tritt als Reaktion auf Druckveränderungen auf und ermöglicht es den Zellen, ihre Form zu bewahren, bestimmte Körperteile (Beine oder Antennen) zu strecken und die Festigkeit der Pflanzenzellen aufrechtzuerhalten.
- Sehr gutes Lösungsmittel
Jedes Wassermolekül bildet eine Wasserhülle um die elektrisch geladene Substanz. Diese Eigenschaft ist verantwortlich für die lebenswichtigen Eigenschaften der Flüssigkeit – den Transport wertvoller Substanzen (Mikro- und Makroelemente) und die Funktion als Ort aller chemischen Reaktionen in den Zellen.
- Dichte größer als Luft
Dies ermöglicht es Fischen und insbesondere viel größeren Organismen (z. B. Delfinen und Walen), im Wasser zu schweben. Die Dichte entsteht durch den engen, gegenseitigen Kontakt der Wassermoleküle, der durch Wasserstoffbrückenbindungen erreicht wird.
- Reaktivität
Wasser wird als Substrat (eine chemische Verbindung, die infolge einer chemischen Reaktion umgewandelt wird) bezeichnet, beispielsweise im Prozess der Photosynthese, und als Produkt biochemischer Reaktionen, beispielsweise der aeroben Atmung.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasser gehören nicht zu den einfachsten Themen. Die meisten von uns begegnen ihnen hauptsächlich im Chemie- und Biologieunterricht und haben danach kaum Gelegenheit, unser Wissen auf diesem Gebiet zu vertiefen. Wir hoffen, dass dieser Text – kurz und prägnant – die wichtigsten Aspekte vorgestellt und uns geholfen hat, unser Wissen zu ordnen. Hat Sie ein bestimmter Punkt besonders interessiert und möchten Sie mehr darüber erfahren? Dann lassen Sie es uns gerne in einem Kommentar oder per privater Nachricht wissen.
Bibliographie:
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- P. Dyches, F. Chou, Das Sonnensystem und darüber hinaus ist von Wasser überschwemmt, NASA/Jet Propulsion Laboratory.
- „Die Erde produziert ihr eigenes Wasser tief im Erdmantel“, so „New Scientist“.
- J. Fuerst, Biologie. Vademecum für Gymnasial- und Fachschulen, GREG Verlag, Krakau 2008.
- J. Fuerst, A. Jakubowska, I. Król, Tabellen. Biologie. Chemie, GREG Verlag, Krakau 2018.
- J. Holeczek, B. Januszewska-Hasiec, J. Kobyłecka, J. Stawarz, R. Stencel, Teraz Matura. Biologia Vademecum, Nowa Era, Warschau 2015.