Wie kommt es, dass an einem Teich Insekten
über das Wasser laufen,
während wir
bei so einem Versuch sofort einsinken?
Und wieso frieren im Winter Seen von oben nach unten zu?
Die Antwort lautet mit einem Wort: Polarität.
Wasser ist ein einfaches Molekül
aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatomen.
Es ist die Grundlage des Lebens.
Tatsächlich macht Wasser um die 60 %
des Körpergewichts eines Erwachsenen aus.
Die Polarität in diesen Wassermolekülen
verleiht diesem allgegenwärtigen Stoff
seine einzigartigen und lebenspendenden Eigenschaften.
Polarität bezieht sich auf die ungleiche Verteilung
der Elektronen in einem Molekül.
Bei Wasser ist die Bindung zwischen dem Sauerstoffatom
und den zwei Wasserstoffatomen in einem einzigen Molekül
wie ein Tauziehen zwischen einem riesigen Rugbyspieler
und einem süßen Kleinkind.
Das Sauerstoffatom ist größer
und hat in seinem Kern mehr Protonen als Wasserstoff.
Diese positiven Ladungen sind wie die körperliche Kraft eines Menschen.
Sie können
die negativ geladenen Elektronen anziehen,
wie ein starker Mensch einen schwächeren
in einem Tauziehen überwältigen kann.
Sauerstoff kann also mehr als
die ihm zustehenden Elektronen anziehen.
Da Wasserstoff kleiner ist und weniger Kraft hat, bzw.
weniger Protonen,
verliert er das Tauziehen
und zieht weniger Elektronen an, als ihm zustehen.
Die Ladung des Sauerstoffs im Wasser ist also negativ
und der Wasserstoff hat eine positive Ladung.
Diese Bindung in einem Wassermolekül heißt
polare Atombindung – oder kovalente Bindung.
Kovalent bedeutet, dass die Elektronen geteilt werden.
Aber wie gerade gelernt,
bedeutet "polar", dass die Elektronen nicht gleichwertig geteilt werden.
Beim Wasser ist Sauerstoff negativ
und Wasserstoff positiv geladen.
Da sich negativ und positiv anziehen,
wird der Sauerstoff von den Wasserstoffatomen
in benachbarten Molekülen angezogen.
Eine besondere Bindung bildet sich zwischen den Molekülen:
die Wasserstoffbrückenbindung.
Wasserstoffbrücken kommen nicht nur im Wasser vor.
Sie können sich zwischen einem Wassermolekül
und anderen Stoffen bilden, die elektrisch geladen – polar – sind.
Die Fähigkeit des Wassers, an sich selbst zu haften, heißt Kohäsion,
und seine Fähigkeit, an anderen Substanzen zu haften,
heißt Adhäsion.
Kehren wir zu den Fragen vom Anfang zurück.
Wieso können manche Insekten auf dem Wasser laufen?
Durch die von Wasserstoffbrücken verursachte Oberflächenspannung
bildet einen dünnen Film auf der Wasseroberfläche,
der superleichten Insekten
genug Widerstand bietet, um darauf zu laufen.
Wir können es nicht,
weil die Wasserstoffbrücke nicht stark genug ist,
um uns zu stützen.
Wieso treibt Eis auf der Wasseroberfläche?
Bei den meisten Stoffen
ist der feste Zustand dichter als der flüssige,
aber bei Wasser ist dem nicht so!
In gefrorenem Wasser halten Wasserstoffbrücken
die Moleküle weiter auseinander als in flüssigem Wasser.
Je weiter die Moleküle voneinander stehen,
desto weniger dicht ist dieser Körper.
Also ist die Dichte von Eis um 9 % geringer als von Wasser
und daher schwimmt es oben.
Daher frieren Seen von oben nach unten ein
und so kann das Leben im See
jeden kalten Winter überleben.
Die Polarität des Wassermoleküls
und die sich ergebende Wasserstoffbrücke
machen die Einzigartigkeit des Wassers aus.
Wasser ist so wichtig
für euren Zellen
und für die Weltmeere,
weil das Molekül polar, oder elektrisch geladen ist.