Meine Tischkollegen
wussten nun nicht einmal, dass deswegen
Wasser die einzige Flüssigkeit ist, die
von oben nacht unten gefriert …
also Wachs gefriert auch von oben
nach unten, das hab ich mal in einer
Kerze gesehen. Erst bildet sich
oben eine Kruste, die sich nach
unten verdickt.
Bei Steinen stimmts auch nicht,
weil die Lavastroeme immer erst *oben*
eine Kruste bilden 
)))
Bilden Kieselsteine nun doch Bruecken?
Gibts bei Wachs auch eine Anomalie?
bin ganz ratlos…
Marco
Hallo Stefan!
Es war allen unerklärlich, dass diese
simple Kopplung der Grund für alles Leben
auf der Erde ist. Meine Tischkollegen
wussten nun nicht einmal, dass deswegen
Wasser die einzige Flüssigkeit ist, die
von oben nacht unten gefriert …
Die Wasserstoffbrückenbildung des Wasser gehört wohl zu einem der wichtigsten Eigenschaften, und ist entscheidend dafür, daß Wasser bei Raumtemperatur *flüssig* ist. Vergleiche dazu einmal das H2S (…)
Jedoch ist es nicht der entscheidende Grund, weshalb das Wasser von oben nach unten gefriert, es gibt schließlich eine Reihe an anderen Verbinungen bzw. Verbindungsklassen, die auch Wasserstoffbrücken bilden und diese Anormalie nicht aufweisen.
Welche Vorgänge bzw. besonderen Eigenschaften des Wasser zu dieser ungewöhnlichen Reaktion führen, ist mir leider auch nicht bekannt.
Der entscheidende Punkt jedoch (den weiß ich) ist, daß sich das Wasser beim Gefrieren ausdehnt, und somit seine Dichte sinkt, was zur Folge hat, daß Eis leichter ist als Wasser, und somit darauf schwimmt.
mfg!
BStefan
Hi Marco ))
Bilden Kieselsteine nun doch Bruecken?
Gibts bei Wachs auch eine Anomalie?
Du verwechselst hier etwas. Leg mal eine Flasche Mineralwasser in den Eisschrank. Wenn sie nicht zu kalt geworden ist, kannst du sie rausnehmen, und das Wasser ist noch flüssig. Wenn du diese Flasche jetzt öffnest, siehst du, wie das Wasser von oben nach unten gefriert!
Die Sache mit dem Wachs und der Lava ist etwas anderes. Hier finden kontinuierliche Abkühlprozesse statt. Oben ist es eben kälter und deswegen kommt es so zum „Einfrieren“ der Flüssigkeiten. Wenn du aber Wachs oder Lava gleichmäßig abkühlst, also unten genau so schnell wie oben, dann würdest du sehen, dass diese „Flüssigkeiten“ von unten nach oben gefrieren!
cu Stefan.
Hi Stefan
Die Wasserstoffbrückenbildung des Wasser
gehört wohl zu einem der wichtigsten
Eigenschaften, und ist entscheidend
dafür, daß Wasser bei Raumtemperatur
*flüssig* ist. Vergleiche dazu einmal das
H2S (…)
Genau!
Jedoch ist es nicht der entscheidende
Grund, weshalb das Wasser von oben nach
unten gefriert, es gibt schließlich eine
Reihe an anderen Verbinungen bzw.
Verbindungsklassen, die auch
Wasserstoffbrücken bilden und diese
Anormalie nicht aufweisen.
Doch! Die Wassermoleküle sind nämlich klein. Du kannst dir Vorstellen, dass beide H-Partner des O-Atoms eine Wasserstoffbrücke zu jeweils zwei anderen Wassermolekülen bilden, effektiver geht es einfach nicht! Die Wasserstoff-Brückenbindungen sind bei Wasser stärker als in jeder anderen Flüssigkeit.
Welche Vorgänge bzw. besonderen
Eigenschaften des Wasser zu dieser
ungewöhnlichen Reaktion führen, ist mir
leider auch nicht bekannt.
s.o.
Der entscheidende Punkt jedoch (den weiß
ich) ist, daß sich das Wasser beim
Gefrieren ausdehnt,
Genau! Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus, weil sich die dynamischen Wasserstoff-Brückenbindungen bei den träger werdenden Wasser-Molekülen nicht mehr so gut ausbilden können. Die Atome werden immer starrer und unbeweglicher. Die Kopplung der Wasser-Moleküle untereinander wird dadurch schwächer, es kommt zur Ausdehnung. Schließlich kommt es zur Kristallbildung (Eis), wobei Wasserstoff-Brücken ziemlich unbedeutend sind, und viel mehr Symmetrie-Argumente (Energie-Reduktion) zählen.
Ähnliches passiert beim Erhitzen, die thermische Bewegung der Wassermoleküle wirkt den Wasserstoff-Brücken-Bindungen entgegen. Schließlich brechen sie ganz auf und das Wasser verdampft.
Wasser hat, einzig und allein, wegen der extrem effektiven Wasserstoff-Brückenbindungen seine größte Dichte bei 4.2 Grad Celsius. Dies ist als „Anomalie des Wassers“ bekannt …
cu Stefan.
Hallo Stefan!
Danke für deine äußerst gute Erläuterung…man lernt nie aus!
Sag mal, gibts eigentlich auch eine ähnliche Erlärungen dafür, warum die Schmelzdruckkurve des p/T-Phasendiagramms des Wassers eine negative Steigung hat und somit der Schmelzpunkt des Wassers bei Erhöhung des Drucks sinkt?
Mir ist dieser Effekt zwar wohl bekannt, doch frag ich mich schon jedesmal, woher das eigentlich wirklich kommt, besonders dann, wenn ich Eislaufen gehe… 
Danke!
mfg!
BStefan
Ich glaube, du brauchst Marco nicht zu belehren und scheinst ihn missverstanden zu haben.
Ich hab auch schon seine Erfahrungen gemacht und bin genauso schokiert darüber.
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Hi Stefan
Sag mal, gibts eigentlich auch eine
ähnliche Erlärungen dafür, warum die
Schmelzdruckkurve des p/T-Phasendiagramms
des Wassers eine negative Steigung hat
und somit der Schmelzpunkt des Wassers
bei Erhöhung des Drucks sinkt?
Du kennst diesen Effekt sicher vom Schlittschuhlaufen. Durch den Druck der Kufen auf das Eis schmilzt das Eis und ein dünner Flüssigkeitsfilm bildet sich aus. Auf diesem gleitet der Schlittschuhläufer dann entlang …
Um zu verstehen, was dabei passiert mußt du dich in die Lage eines Wassermoleküls versetzen. Das O-Atom hat eine sehr starke Elektronegativität. Das heisst, es zieht die Elektronen seiner beiden H-Atome sehr stark zu sich hin. Das O-Atom wird dadurch partiell negativ geladen und die H-Atome partiell positiv. Dadurch kommt es, dass sich die H-Atome eines Wassermoleküls stark in die Richung des O-Atoms eines anderen Wassermoleküls orientieren. Diese H-O-Anziehung ist ja auch der Grund, weshalb die Wasserstoff-Brückenbindungen bei Wasser so viel stärker sind als z.B. bei H2S (S hat eine viel geringere Elektronegativität als O).
Im Eiskristall liegt daher eine recht einfache Symmetrie vor, H- und O-Atome liegen als Nachbarn nebeneinander. Erhöhst du nun den Druck auf den Eiskristall, rücken diese H-O-Atome näher zusammen.
Beim Schlittschuhläufer werden sie so nahe aneinadergeschoben, daß sich wieder starke Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischen den Wassermolekülen ausbilden können. Diese Bindungen sind so stark, daß die Wassermoleküle aus dem Eiskristall „herausgebrochen“ werden. Das Eis wird flüssig.
Ist der Druck schwächer als beim Schlittschuhläufer, rücken die gefrorenen Wassermoleküle trotzdem noch näher zusammen. Es ist nun weniger thermische Bewegungsenergie nötig, um die H- und O-Atome so nahe zusammen zu bringen, daß die Wasserstoffbrücken-Bindungen die Oberhand gewinnen und die Kristallstruktur zerstören. Die zum Schmelzen erforderliche Temperatur wird unter Druck also niedriger.
Viele Grüße
Stefan.
Meine Tischkollegen
wussten nun nicht einmal, dass deswegen
Wasser die einzige Flüssigkeit ist, die
von oben nacht unten gefriert …
Die Elemente Bi, Ga, Ge und Sb zeigen ebenfalls eine Dichteanomalie und das ganz ohne Wasserstoffbrückenbindungen. Was nun?
und ob sie wirklich eine der
Messungen war, die zur Entwicklung der
speziellen R. gefuehrt hat.
Zur Entwicklung der speziellen
Relativitaetstheorie fuehrte ein Konflikt,
der zwischen zwei Grundprinzipien stand.
Auf der einen Seite stand das Prinzip der
Relativitaet (jede Bewegung ist NUR relativ
zu einem Bezugskoerper beschreibbar; oder
die Gesetze der Mechanik gelten in allen
Inertialsystemen).
Auf der anderen Seite stand die Elektro-
dynamik (Maxwell-Gleichungen), die eine
Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen
Inertialsystemen voraussagte.
Obwohl man am Prinzip der Relativitaet
hing, sagte man andererseits, die Maxwell-
Gleichungen haben nur Gueltigkeit in einem
„absoluten“ System, in einem System, in
welchem der Lichtaether ruht. Lichtaether
sollte der Stoff sein, in welchem sich
Lichtwellen fortpflanzen (wie Wasserwellen
sich in Wasser oder der Schall sich in Luft
fortbewegen). Es wurde sogar ein Experiment
erdacht (Michelson_Morley-Experiment), um
den Aether nachzuweisen. Trotz negativer
Ergebnisse, versuchte man noch eine Weile,
fadenscheinige Erklaerungen zu finden,
bis Einstein endlich mit all dieses
Widerspruechen aufraeumte, an beiden
Prinzipien (siehe oben) festhielt
(schliesslich hatten sich beide als sehr
nuetzlich erwiesen) dafuer aber mit dem
Gedanken schluss machte, dass die Zeit
etwas absolutes ist. Einzig und allein,
indem Einstein zeigt, dass die Zeit was
relatives ist, beseitigte er alle Wider-
sprueche zwischen Mechanik und
Elektrodynamik und ersann die spezielle
Relativitaetstheorie. Mir ist nicht bekannt,
dass irgendwelche astonomische Beobachtungen
dazu beigetragen haben.
MEB
Hi Stupid
Die Elemente Bi, Ga, Ge und Sb zeigen
ebenfalls eine Dichteanomalie und das
ganz ohne Wasserstoffbrückenbindungen.
Was nun?
Flüssig bei Raumtemperatur ?
cu Stefan
Flüssig bei Raumtemperatur ?
Was spielt das für eine Rolle? Die Tatsache daß diese Elemente eine Dichteanomalie aufweisen ist Beweis genug, daß diese Erscheinung keine Wasserstoffbrückenbindungen voraussetzt. Darüber hinaus ist der Schmelzpunkt von Gallium mit 30°C durchaus mit dem von Wasser zu vergleichen.
Hi Stupid
Was spielt das für eine Rolle? Die
Tatsache daß diese Elemente eine
Dichteanomalie aufweisen ist Beweis
genug, daß diese Erscheinung keine
Wasserstoffbrückenbindungen voraussetzt.
Langsam, mein lieber Freund
Du unterstellst mir hier, ich hätte gesagt:
„Dichte-Anomalie => H-Brücke“
Das habe ich nicht gesagt, sondern vielmehr war der Wortlaut: „… dass deswegen [H-Brücken] Wasser die einzige Flüssigkeit ist, die von oben nach unten gefriert“. Oder etwas mathematischer:
„H-Brücke in Flüssigkeiten => Dichte-Anomalie“
Vermutlich störst du dich an dem „einzige“ in diesem Satz. Da muss ich ehrlich zugeben, dass ich von den Dichte-Anomalien der Substanzen, die du genannt hast, nichs wusste!
cu Stefan.
Vermutlich störst du dich an dem
„einzige“ in diesem Satz.
Nein, eigentlich störte es mich, daß diese vermeintliche Einzigartigkeit mit Wasserstoffbrückenbindungen in Verbindung gebracht wurde. Ich wollte deshalb deutlich machen, daß sie weder für eine Dichteanomalie notwendig sind (siehe Gallium), noch zwangsläufig zu einer solchen führen (siehe Ammoniak).
Da muss ich
ehrlich zugeben, dass ich von den
Dichte-Anomalien der Substanzen, die du
genannt hast, nichs wusste!
Das habe ich mir schon gedacht, da es ein weit verbreiteter Irrtum ist, daß nur Wasser eine Dichteanomalie aufweist. Mit diesem Irrtum geht meist auch die Fehlinterpretation einher, daß Dichteanomalien notwendigerweise mit Wasserstoffbrückenbindungen zusammenhängen. In Wirklichkeit resultieren sie aus einem temperaturabhängigen Übergang zwischen zwei verschieden dicht gepackten Strukturen.
Hi Stupid
Das habe ich mir schon gedacht, da es ein
weit verbreiteter Irrtum ist, daß nur
Wasser eine Dichteanomalie aufweist.
Ich wusste zwar, dass viele Festkörper, etwa bei Übergang zu magnetischer Ordnung, ganz erhebliche Strukturveränderungen erfahren, woraus Dichteanomalien resultieren, aber bei Flüssigkeiten dachte ich wirklich, Wasser wäre was ganz besonderes! Du musst mir aber doch hoch anrechnen, dass ich immerhin wusste, warum Wasser diese Dichteanomalie zeigt, oder ?
Aber eins ist für mich erschreckend. Jetzt habe ich schon Physik studiert und lerne jeden Tag noch so viel dazu …
Viele Grüße
Stefan.