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2.14: Wasserzustände
INHALTSVERZEICHNIS

 

PROTOKOLLE

2.14: Wasserzustände

Wasser kommt in drei Aggregatzuständen vor: fest (Eis), flüssig und gasförmig (Dampf). Der Zustand, in dem sich das Wasser befindet, hängt von den intermolekularen Kräften ab, welche die Wassermoleküle zusammenziehen, und gleichzeitig von der kinetischen Energie, die sie auseinander zieht.

Wasser gefriert, wenn die intermolekularen Kräfte größer als die kinetische Energie sind. Im Gegensatz zu den meisten anderen Stoffen ist Wasser im festen Zustand weniger dicht als im flüssigen Zustand. Dies liegt daran, dass jedes Wassermolekül in der Lage ist, sich mit vier Molekülen zu verbinden und eine räumliche, tetraedrische Struktur zu bilden. Diese Eigenschaft des Wassers lässt das Eis schwimmen. Ohne schwimmendes Eis würden Wasserkörper von unten nach oben gefrieren und Wasserlebewesen töten.

Wenn kinetische Energie in Form von Wärme auf Eis übertragen wird, schmilzt das Eis zu flüssigem Wasser. In diesem Zustand brechen die Bindungen zwischen den Wassermolekülen immer wieder auf und bilden sich neu. Wenn Eis schmilzt, bleibt die Temperatur des Wassers am Schmelzpunkt, bis das gesamte Volumen flüssig ist. Erst dann steigt die Wassertemperatur über den Schmelzpunkt hinaus an.

Wenn die kinetische Energie die intermolekularen Kräfte überwältigt, wandelt sich flüssiges Wasser (oder sogar Eis) in Dampf um. Der Prozess der Dampferzeugung aus flüssigem Wasser wird als Verdampfung bezeichnet. Erhöhungen der kinetischen Energie können wie beim Sieden innerhalb der Flüssigkeit auftreten oder an der Oberfläche Wasser zum Verdampfen bringen. Der Prozess, bei dem ein Gas direkt aus einem Festkörper erzeugt wird, ohne vorher eine flüssige Phase zu durchlaufen, wird als Sublimation bezeichnet. Dieser Übergang ist vom niedrigen Atmosphärendruck abhängig, wodurch die Auswirkungen der kinetischen Energie verstärkt werden.

Wenn die kinetische Energie sinkt, kann der Dampf geht er wieder in eine Flüssigkeit über. Dieser Prozess wird Kondensation genannt. Geht der Dampf direkt in einen Festkörper über, wird der Prozess Ablagerung oder Desublimation genannt. Kondensation ist für Regen verantwortlich, Desublimination hingegen für die Entstehung von Schnee.

Bei der Suche nach anderen biokompatiblen Planeten ist das Vorhandensein von Wasser insbesondere in flüssiger Form ein entscheidendes Merkmal. Das Leben auf der Erde begann nämlich im Wasser. Enceladus ist ein eisbedeckter Mond des Saturn, der an seinem Südpol Wasserfontänen oder Geysire besitzt. Dies löste zunächst eine große Debatte darüber aus, ob Enceladus flüssiges Wasser unter dem Eis hat. Es stellte sich nämlich heraus, dass die Wasserfontänen sowohl Dampf als auch Eis mit sich führten. Die Umlaufbahn des Mondes um den Saturn und andere Hinweise deuten jedoch auf das Vorhandensein eines riesigen flüssigen Ozeans in Enceladus hin und machen den Mond somit potenziell lebensfreundlich.


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