Ausdehnung bei Erwärmung

Geringstes Volumen bei 4 °C

Joachim Herz Stiftung

Wasser verhält sich bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt anders als normale Flüssigkeiten. Erhitzt du \(0\,^{\circ}\rm{C}\) warmes Wasser, so verringert sich zunächst sein Volumen \(V\). Das geringste Volumen \(V\) hat Wasser bei \(4\,^{\circ}\rm{C}\). Erhitzt du das Wasser weiter, nimmt das Volumen wieder zu (vgl. Abb. 1).

Größte Dichte bei 4 °C

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Mithilfe dieser Beobachtung kannst du auch Rückschlüsse auf den Dichteverlauf von Wasser ziehen (Abb. 2). Die Dichte \(\rho\) ist der Quotient aus Volumen \(V\) und Masse \(m\) \[\rho=\frac{m}{V}.\]Somit besitzt Wasser bei \(4\,^{\circ}\rm{C}\) seine größte Dichte. Für die meisten Rechnungen kannst du als Dichte von Wasser bei dieser Temperatur \[\rho_{\rm{4^°\rm{C}}}=1\,\rm{\frac{kg}{{dm}^3}}=1\,\rm{\frac{g}{{cm}^3}}\] annehmen.

Geringere Dichte von Eis

Beim Gefrieren von Wasser zu Eis verändern sich Volumen bzw. Dichte sprunghaft. Ursache hierfür ist, dass sich die Wassermoleküle beim Gefrieren anders anordnen. Die gleiche Anzahl von Molekülen (somit gleiche Masse) benötigt in gefrorener Form mehr Raum. Eis besitzt daher eine deutlich geringere Dichte \(\rho\) und nimmt daher ein entsprechend größeres Volumen \(V\) ein. Aus diesem Grund solltest du z.B. keine mit Wasser (oder anderen Flüssigkeiten) gefüllten Flaschen ins Eisfach legen. Gefriert das Wasser, benötigt es mehr Raum und bringt daher die Flasche zum Platzen.

Anomalie das Wasser an einem See

Von besonderer Bedeutung ist die Anomalie des Wassers und die geringere Dichte von Eis im Vergleich zu Wasser für Fische und andere Wasserlebewesen. Da Eis eine geringere Dichte als Wasser besitzt, schwimmt es auf dem Wasser. Seen frieren also zunächst an der Oberfläche, während unterhalb noch Wasser vorhanden ist. Am Grund tiefer Seen hat dieses Wasser eine Temperatur von 4 °C, da Wasser bei dieser Temperatur seine größte Dichte besitzt.

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