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Warum ist Wasser flüssig und daher zur Energiegewinnung geeignet?

Was ist Wasser eigentlich?

Das Wasser ist wie alle natürlichen Stoffe aus Molekülen aufgebaut. Betrachtet man einen Wassertropfen unter einem Mikroskop und vergrößert ihn um das Millionenfache, erkennt man auch beim Wasser solche Moleküle. Die Molekülbausteine sind Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Da sich je zwei Wasserstoffatome mit einem Sauerstoffatom verbinden, bekommt das Molekül die chemische Formel H2O. Wenn man sich nun die beiden Atome als Bausteine vorstellt, verhalten sie sich wie beim Zusammenbauen eines Modellautos: ohne fixe Verbindung der Teile untereinander, fallen sie immer wieder auseinander. Man braucht daher einen Klebstoff! Im Fall des Wassermoleküls übernehmen die Elektronen, die jedes Atom besitzt, die Aufgabe des Verbundstoffes. Die Atome sind also über Elektronen fest miteinander verbunden.

Das Molekül etwas genauer betrachtet

Betrachtet man die beiden Atome Sauerstoff und Wasserstoff in der obigen Abbildung etwas genauer, stellt jeder sofort fest, dass die Atome unterschiedlich groß sind. Und zwar ist das Sauerstoffatom (blau) viel größer als die Wasserstoffatome (grau). Das Sauerstoffatom ist also größer und „stärker" und nimmt den kleineren Wasserstoffen ihre Elektronen weg. Da Elektronen negativ geladene Teilchen sind, lädt sich das Sauerstoffatom negativ auf. Die Wasserstoffatome, denen ihre Elektronen nun fehlen, laden sich positiv auf. Man nennt ein Molekül, das diese Eigenschaften besitzt, Dipol.

Aber warum ist das Wasser nun flüssig?

Das heißt nun, dass das Wassermolekül aus einem positiv und einem negativ geladenen Teil besteht. Durch die Anziehung von positiver und negativer Ladung, bindet jedes Wassermolekül ein anderes an sich. Diese Bindungen nennt man Wasserstoffbrückenbindungen. Durch die Ausbildung solcher Wasserstoffbrückenbindungen sind die Wassermoleküle nicht mehr frei beweglich. Sie bilden dreidimensional miteinander verknüpfte Gebilde, die man Cluster nennt. Die Einschränkung der Beweglichkeit der Wassermoleküle ist der Grund dafür, dass Wasser flüssig ist.

Da die Wasserstoffbrückenbindungen sehr stabil sind und man im Allgemeinen viel Energie aufwenden muss um sie zu brechen, ist Wasser so vielseitig einsetzbar. Wenn die Wassermoleküle die Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen nicht hätten, würde es kein fließendes Wasser auf der Erde geben.