Eis

Jeder kennt es, jeder hat es schon einmal in seiner Hand gehalten und dennoch wissen die wenigsten Leute über so manche Eigenart dieser festen Form unseres Wassers Bescheid. Um auf viele Fragen eine Antwort geben zu können, muss man sich erst einmal mit der Struktur von Eis beschäftigen.

Wie sieht ein Eiskristall aus?

Nun, von Eis sind viele kristalline Formen bekannt, welche aber tatsächlich vorliegt, hängt davon ab, bei welcher Temperatur und bei welchem Druck das Eis entstanden ist. Die bei uns auf der Erde am häufigsten vorkommende Eisart ist das sogenannte Eis I, die anderen Sorten sind meist künstlich im Labor hergestellt worden und somit nicht besonders wichtig. Eis I ist jene Sorte, die uns im Sommer die Getränke als Eiswürfel kühlt, oder uns aber im Winter in Form von Straßenglätte das Leben schwer macht. Seine Struktur ist in folgender Abbildung wiedergegeben:

Dabei stellen die roten Atome den Sauerstoff, die weißen, kleineren den Wasserstoff dar. Man kann aus der Abbildung auch entnehmen, dass die einzelnen H₂O-Moleküle über weitere Bindungen miteinander verbunden sind - und diese Verbindungen sorgen für den festen Charakter des Eises. Gleichzeitig aber lassen sich unter Betrachtung des Kristallgitters weitere Eigenschaften des Eises begründen, zum Beispiel dass das Eis schwimmt. Dies kommt dadurch zustande, weil zwischen den im Eis verbundenen Molekülen sehr viel Platz ist, ganz anders als im flüssigen Zustand.

Und diese Tatsache nennt man auch die Anomalie des Wassers!

Wasser ist am schwersten bei 4 Grad Celsius, d.h. die Moleküle sind dann am engsten zusammengedrückt. Eis wiederum dehnt sich aus und braucht mehr Platz. Darum platzen geschlossene Wasserflaschen oder Wasserleitungen, wenn das Wasser darin gefriert und sich folglich ausdehnt. Eis ist demnach leichter als flüssiges Wasser und schwimmt.

Diese Eigenschaft ist für Wasserlebewesen zentral. Die leichte Eisdecke schwimmt an der Oberfläche des Sees, ermöglicht uns Menschen das Eislaufen, während darunter die Lebensräume in Seen und Weihern erhalten bleiben.

Wie viel Prozent eines Eisberges befinden sich unter der Wasseroberfläche?

Oder anders gefragt: Wie groß ist der Dichteunterschied zwischen Wasser und Eis? Mit einem einfachen Versuch kann man diese Frage beantworten.

Bestimmung der Dichte von Eis

Material: Wasser, großes Becherglas (800ml), mittleres Becherglas (400ml), Eiswürfel bekannten Volumens, Messkolben.
Durchführung: Man füllt das kleine Becherglas randvoll mit Wasser an und stellt es in das große. Danach lässt man den Eiswürfel ganz langsam in das Becherglas sinken. Das dabei überlaufende Wasser wird im großen Becherglas aufgefangen. Nun entfernt man das kleine Becherglas samt Eiswürfel ganz vorsichtig und leert das übergelaufene Wasser in den Messkolben. Aus der Menge des übergelaufenen Wassers kann man nun das Eintauchvolumen bestimmen und dadurch auf die Dichte schließen.