Besonderheiten von Wasser

Wasser – Ein einzigartiges Molekül

Unter Normalbedingungen ist Wasser, wie im Phasendiagramm erkennbar, eine Flüssigkeit. Es ist der einzige bekannte Stoff, der auf der Erdoberfläche (siehe Hydrosphäre) in nennenswerten Mengen in allen drei klassischen Aggregatzuständen existiert. Gasförmig → Flüssig → Fest

Wieso ist Wasser so besonders?

Wasser ist das am häufigsten vorkommende Oxid, das in der Natur in allen drei Aggregatzuständen anzutreffen ist. Es ist Lebensraum für viele Organismen und Lösungsmittel für eine Vielzahl von Verbindungen wie Säuren, Basen oder Salze. Deshalb fungiert Wasser als Transportmittel in der Natur, aber auch selbst als Ausgangsstoff für eine Vielzahl chemischer Reaktionen, z. B. die Fotosynthese. Aufgrund seiner chemischen Bindungsverhältnisse weist Wasser einige außergewöhnliche Eigenschaften auf, die man als Anomalie des Wassers bezeichnet.

Wasser ist ein Stoff mit zahlreichen besonderen Eigenschaften, die in der Summe sicher mit verantwortlich dafür sind, dass es überhaupt Leben auf der Erde gibt. Im Gegensatz zu fast allen anderen Stoffen hat die Flüssigkeit eine höhere Dichte als der Feststoff und Wasser hat nicht am Schmelzpunkt bei 0 °C seine größte Dichte, sondern erst bei 4 °C (Dichteanomalie des Wassers).

Eigenschaft

Besonderheit

Ökologische Bedeutung

Dichte

Maximum bei 4 °C (1,0 g/ml), Eis hat kleinere Dichte (0,92 g/ml)

Seen frieren von oben nach unten zu; Umschichtung im Frühjahr und Herbst; Sprengwirkung bei Verwitterung

Spezifische Wärmekapazität

Höchste bei Flüssigkeiten: 4,18 kJ * kg-1 * K-1

Ozeane als Wärmespeicher; ausgleichende klimatische Wirkung

Schmelzwärme

Sehr hoch: 335 kJ * kg-1

Ausgleichend beim Zufrieren und Auftauen von Gewässern

Verdampfungswärme

Höchste bei Flüssigkeiten: 2 282 kJ * kg-1

Kühlender Effekt bei Transpiration

Wärmeleitung

Höchste bei Flüssigkeiten, aber klein im Vergleich zu Metall
H2O: 0,6; Glas: 1; Cu: 380

Wichtig für Energiehaushalt in Lebewesen; Schichtung von Seen im Sommer

Oberflächenspannung

Höchste bei Flüssigkeiten: 0,072 N/m

Wassertransport durch Kapillarkräfte in Pflanzen

Polarität des Lösungsmittels

Höchste Dielektrizitäts-konstante aller Flüssigkeiten

Löst viele polare Stoffe; Lösung über großen Temperaturbereich stabil

Chemische Stabilität

Autoprotolyse:
2 H2O H3O+ + OH-

pH-Wert ist wichtig für viele Lebensprozesse

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Funktionen im Körper

Ohne Wasser gibt es kein Leben.

Wir selbst sind eigentlich vor allem Wasser. Als Säuglinge bestehen wir zu mehr als 90%, als Greise immerhin noch zu ca. 45% aus Wasser.

Wasser und Blut

Als Hauptbestandteil des Blutes versorgt es uns mit Sauerstoff und allen wichtigen Nährstoffen. Gleichzeitig werden Giftstoffe über die Blutbahn zu den Nieren transportiert und ausgeschieden.

Wasser transportiert

Wasser transportiert im Körper die aufgenommen Nährstoffe dahin, wo sie verwertet werden können – in die Zelle. Ohne Wasser könnten die Zellen nicht versorgt werden.

Wasser entgiftet uns

Wasser schwemmt Abfallprodukte vor allem über die Nieren aus dem Körper aus. Wasser transportiert auch Giftstoffe, Salze und Stoffwechselabbauprodukte aus unseren Zellen ab.

Körpertemperatur

Wasser hilft dem Körper, seine Temperatur zu halten. Wenn wir uns körperlich anstrengen, oder die Außentemperatur höher ist, bildet sich Schweiß, der den Körper kühlt.

Lösungsmittel

Alle Körperflüssigkeiten bestehen hauptsächlich aus Wasser. In ihnen sind sowohl Nährstoffe gelöst als auch solche Substanzen, die bei Stoffwechselprozessen übrig bleiben.

Reaktionspartner

In jeder unserer Körperzellen laufen ständig chemische Reaktionen ab, an denen Wasser beteiligt ist beziehungsweise die durch Wasser erst ermöglicht werden.

Baustoff

Wasser ist das wichtigste Bauelement des Körpers, z.B. von Zellen, Gewebe und Körperflüssigkeiten wie Blut, Lymphe, Speichel und Urin.

Füllstoff und Polster

Wasser schützt unsere Organe und Knochen bei einem Sturz oder Einschlag. Es dient als Schutzpolster und Füllstoff.

Folgen von zu wenig Wasser (Dehydrierung)

Dehydrierung, also Austrocknung, gilt mittlerweile als eine der Hauptursachen für zahlreiche Krankheiten und Alterungserscheinungen.

Bei einem Flüssigkeitsmangel fehlt dem Körper die nötige Flüssigkeit. Je nach Ausmass führt der Mangel zu leichten bis schweren Störungen der Befindlichkeit oder Gesundheit. Bei einem beginnenden Flüssigkeitsmangel erscheinen häufig Durst, Kopfschmerzen, Konzentrationsmangel und Hauttrockenheit. Der Urin nimmt eine dunklere Färbung an. Langfristig führt ein Flüssigkeitsmangel zur Austrocknung (Exsikkose). Sie kann weitere Störungen wie anhaltende Verstopfung und Nierenerkrankungen nach sich ziehen. Wenn der Mangel eine bestimmte Schwelle übersteigt, führt er zum lebensbedrohlichen Volumenmangelschock.

Die grobe Formel bzw. Empfehlung für die täglich benötigte Wassermenge lautet: Ca. 30 ml Wasser pro Kilogramm Körpergewicht. Das bedeutet, dass man bei 70 kg Körpergewicht mindestens 2,1 Liter Wasser pro Tag trinken sollte (bei normaler Belastung und Temperatur).

Fazit

Ca. 60% des Körperwassers befinden sich in unseren Zellen, 30% in den Zellzwischenräumen. Nur ca. 10% des gesamten Körperwassers befinden sich im Blut (ca. 5 bis 6 Liter). Damit wird ersichtlich, dass Wasser die Haupttransportfunktion in unserem Körper erfüllt.

Alles Leben, und damit auch unser Überleben, hängt davon ab, dass unser Körper ausreichend mit Wasser versorgt ist und unsere Zellen in der Lage sind, den Stoffwechsel zu betreiben, der für die ständige Erneuerung unserer Zellen sorgt. Leider wird dieser Stoffwechsel bei den meisten Menschen zunehmend eingeschränkt, da unser Körper immer mehr Schlacken und Schadstoffe ansammelt, wenn wir nicht mit ausreichend gutem, gesundem Wasser dafür sorgen, dass diese vollständig aus unserem Körper abtransportiert werden. So entstehen im Laufe der Jahre oft regelrechte Giftmülldeponien in unserem Körper – mit weitreichenden Folgen für unsere Gesundheit.

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Definition und Aufbau

Das Wassermolekül

Wasser ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Die Chemiker schreiben nicht Wasser, sondern H2O. Das heisst, zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom bilden zusammen ein Molekül, ein Wassermolekül.

Besonderheiten des Moleküls

Wasser ist aufgrund seiner Molekülstruktur ein Stoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Die Ursache für die besonderen Eigenschaften des Wassers sind in der Molekülstruktur des Stoffes, in den Kräften, die zwischen den Molekülen wirken und in der sich daraus ableitenden räumlichen Anordnung der Teilchen bei verschiedenen Temperaturen zu finden.

Das Sauerstoffatom (hoher EN-Wert) bewirkt, dass die herausgebildeten Elektronenpaarbindungen zu den Wasserstoffatomen stark polarisiert werden. Die Elektronendichte am Sauerstoffatom wird stark erhöht, an den Wasserstoffatomen stark verringert. Durch die Winkelung von 104,45 Grad und die Polarisierung zeigt das Wassermolekül alle Eigenschaften eines Dipols.

Unter 0 °C bilden Wassermoleküle ein Molekülgitter. In ihm ist jedes Sauerstoffatom tetraedisch von vier Wasserstoffatomen umgeben. Zu den „eigenen“ Wasserstoffatomen existieren zwei polarisierte Atombindungen und zu den beiden anderen Wasserstoffatomen, die von benachbarten Wassermolekülen stammen, werden Wasserstoffbrückenbindungen ausgebildet.

Diese Anordnung ergibt ein weitmaschiges Gitter mit durchgängigen sechseckigen Hohlräumen. Die Dichte des so entstehenden Stoffes Eis ist geringer als die des flüssigen Wassers. Eis schwimmt oben.
Erhöht man die Temperatur, beginnt also das Eis zu schmelzen, zerbricht das Gitter teilweise. Einzelne Wasserstoffbrückenbindungen werden gelöst. Jedoch auch in flüssigem Wasser sind Teile der ursprünglichen Gitterstruktur nachweisbar. Man bezeichnet diese als Cluster.

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