47 25 Auf der Zunge zergehen lassen Aufgrund dieser Ausdehnung schwimmt Eis im Wasser. Das ist eine sehr ungewöhnliche Eigenschaft eines Stoffes. Man spricht daher von der Anomalie des Wassers. Wenn du wieder Limo mit Eis trinkst, denk daran, dass die schwimmenden Eiswürfel etwas Besonderes sind! Das Volumen nimmt beim Frieren übrigens genau um das zu, was bei schwimmendem Eis oben rausschaut. Wenn Eis schmilzt, passt es exakt in den Bereich hinein, der vorher unter Wasser war. Der Wasserspiegel ändert sich nicht ( A 9 ). Wasser hat noch eine zweite Anomalie. Normalerweise zieht sich ein Stoff zusammen, wenn er auskühlt. Weil sich die Sechsecke aber bereits ab 4 °C zu ordnen beginnen, dehnt sich Wasser vor dem Frieren wieder leicht aus (B 25.13 b). Wasser mit 4 °C hat also die größte Dichte und sinkt ab. Tiefere Gewässer können im Winter nicht durchfrieren (B 25.14). Das freut die Fische, weil sie in der Tiefe überleben können. B 25.14 Ein See im Sommer (a) und im Winter (b) Beim Schmelzen eines Stoffes muss man Energie zuführen. Wenn der Stoff gefriert, wird diese Energie wieder frei und der Stoff erwärmt sich. Man spricht von Kristallisationswärme. Im Frühling kommt es vor, dass es zu Frosteinbrüchen mit Temperaturen unter 0°C kommt, wenn die Bäume schon Knospen haben. Und dann macht man etwas Verblüffendes: Man besprüht die Pflanzen mit Wasser. Dieses friert, und dabei wird Kristallisationswärme frei, die die Knospen bis zu einer Außentemperatur von –9 °C schützen kann (B 25.15)! a b 12°C 4°C 4°C 0°C B 25.15 Eine Obstbaumknospe mit Frostschutzberegnung: Die Eisschicht schützt bis –9 °C. Warum ist Eis dann aber so rutschig ( A 10 )? Während die Wassermoleküle im Eis von Nachbarn umzingelt sind, fehlen denen an der Oberfläche auf einer Seite die Nachbarn zum Festhalten. Sie sind somit freier beweglich (B 25.12). Und deshalb befindet sich an den Grenzflächen von Eis immer eine hauchdünne Wasserschicht, die es so rutschig macht! B 25.12 Die Wassermoleküle haben nach oben weniger Nachbarn zum Festhalten. Sie sind schwächer gebunden und ergeben eine dünne Wasserschichte. Sehen wir uns das Gegenteil an, wenn also etwas erstarrt, beziehungsweise friert. Je stärker etwas abkühlt, desto langsamer bewegen sich die Teilchen. Die Bindungen zu den Nachbarmolekülen werden immer dauerhafter, bis sie unter dem Schmelzpunkt wieder komplett fest werden. Wenn Wasser friert, passiert etwas Ungewöhnliches. Die Moleküle ordnen sich in Sechsecken an (B 25.12). Diese Anordnung ist der Grund dafür, warum auch ganze Eiskristalle fast immer sechseckig sind ( A 11 ). B 25.13 a) Wenn Wasser friert, steigt das Volumen um 9 % an! b) Wasser hat bei 4 °C das kleinste Volumen. Weil die Moleküle in Sechsecken geschlichtet mehr Platz brauchen, ist die Dichte von Eis geringer als die von Wasser. Anders gesagt: Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus (B 25.13 a). Als leichte Übung kann es dabei den Deckel eines Röhrchens aufdrücken ( A 8 ). Die Kräfte können aber auch ziemlich groß werden. Wenn Wasser in Ritzen gefriert, können sogar Steine zerbrechen oder der Straßenbelag kann zerbröseln. Bei Letzterem spricht man von Frostaufbrüchen( A 7 ). a b 1100 Volumen von 1 kg Wasser in cm3 1000,3 1000,2 1000,1 1000,0 1050 1000 Temperatur in °C 0 0 2 4 6 8 20 40 Kurz zusammengefasst Zum Schmelzen muss man Wärmeenergie zuführen, um die Moleküle voneinander zu lösen. Diese Wärmeenergie wird beim Frieren wieder frei. Eis hat eine kleinere Dichte als Wasser – eine sehr seltene Eigenschaft von Stoffen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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