23.4. Wasser
Ohne jeden Zweifel ist Wasser der wichtigste Stoff. Es ist ein anorganischer Stoff und hat die Formel H2O.
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Bild 2 : |
Ansehen : Starten Sie die JSmol–Visualisierung durch Anklicken des Links unter dem Molekül.
23.4.1. Struktur
Das Wassermolekül ist nicht, wie man im ersten Moment vermuten könnte, linear, sondern gewinkelt aufgebaut. Das Sauerstoffatom befindet sich im Zentrum, die beiden Wasserstoffatome sind an das Sauerstoffatom gebunden. Die beiden Bindungen bilden einen Winkel von 104,5° .
Bild 3 : Ein Vulkanausbruch ? Nein, das sind Cumuluswolken kurz vor Sonnenuntergang über Sedrun/Graubünden. Sie bestehen aus flüssigem Wasser.
23.4.2. Vorkommen
Wasser kommt auf der Erdoberfläche in großen Mengen vor.
- Gasförmiges Wasser ist unsichtbar. In der Atmosphäre ist es als Wasserdampf enthalten. Wir nehmen es als Luftfeuchtigkeit wahr.
- Flüssiges Wasser kennen alle nicht nur aus dem Wasserhahn, sondern auch aus
Meeren, Seen und Flüssen. Auch Wolken, Regen, Nebel und Tau sind flüssiges Wasser.
- Festes Wasser kommt in vielerlei Formen vor. Mit Eis bezeichnet man kompakte
Kristalle von festem Wasser. Schnee ist eine eher lockere Zusammenballung von kleinen Eiskristallen.
Andere bekannte Formen von festem Wasser sind Hagel, Graupel und Reif. In den Bergen hat man viele Begriffe
für die verschiedenen Arten von Eis und Schnee.
Man sagt, die Bewohner Grönlands kennen 50 Worte für unterschiedliche Arten von gefrorenem Wasser. Wir glauben das gern, denn wir können uns gut vorstellen, dass es in dieser schneereichen Gegend viel mehr Schneearten gibt und dass es überlebenswichtig ist, sie alle unterscheiden zu können, aber stimmt das überhaupt ? Eine Antwort finden Sie in den Links gleich unten.
Mehr Informationen über Wasser in seinen Aggregatzuständen
Die Links dieses Abschnitts wurden zuletzt im April 2026 überprüft.
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Stimmt das ? – Antwort auf
die Frage, ob die Bewohner Grönlands wirklich so viele unterschiedliche Worte für Schnee kennen.
Von „Die Zeit”, einer deutschsprachigen Zeitschrift. -
Wolkenatlas. – Informationen rund um Wolken.
Von Bernhard Mühr.
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Snowcrystals.com. –
Informationen rund um Schneeflocken. Von Kenneth G. Libbrecht, einem Physikprof aus den USA.
23.4.3. Aggregatzustände
Gasförmiges Wasser : In gasförmigem Wasser sind (wie in allen Gasen) einzelne Wassermoleküle vorhanden, die sich unabhängig voneinander regellos im Raum bewegen.
Festes Wasser : Im Eis ordnen sich die Wassermoleküle auf recht komplizierte Weise zu Kristallen an.
Flüssiges Wasser : 2 Eigenschaften des Wassermoleküls bewirken die Eigenschaften des flüssigen Wassers.
- Das Wassermolekül ist polar. Die Elektronegativität von Sauerstoff ist deutlich größer als die von Wasserstoff. Dadurch werden die Elektronen der beiden Bindungen zum Sauerstoffatom hingezogen, und es entsteht am Sauerstoffatom eine negative Teilladung, an den Wasserstoffatomen eine positive Teilladung. Mehr über polare Moleküle (und polare Bindungen) erfahren Sie in Kapitel 5.5.
- Das Wassermolekül ist gewinkelt. Das lässt sich mit dem VSEPR–Modell von Gillespie leicht erklären. Die Erklärung finden Sie in Kapitel 6.1.8.
Die Struktur des flüssigen Wassers wird durch mehrere Effekte bestimmt.
Bild 4 : Die Wasserstoffbrückenbindung (gestrichelt) ist eine mäßig starke Bindung zwischen 2 Wassermolekülen.
- Zwischen 2 Wassermolekülen bildet sich eine Wasserstoffbrückenbindung. Dabei wirken zwischen der negativen Teilladung am Sauerstoffatom des einen Wassermoleküls und der positiven Teilladung an einem Wasserstoffatom eines zweiten Wassermoleküls elektrische Anziehungskräfte. So werden die beiden Moleküle aneinander gebunden. Dies ist in Bild 4 veranschaulicht.
- Diese Anziehungskräfte wirken nicht nur zwischen 2 Molekülen. Es können Zusammenballungen (engl. cluster) von vielen Wassermolekülen entstehen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden. Die Größe dieser Cluster hängt von der Temperatur ab. Bei 20 °C beträgt sie im Durchschnitt 9 Moleküle; direkt unterhalb des Siedepunkts bestehen die Cluster im Durchschnitt nur noch aus 2 Molekülen.
- Die Cluster sind zeitlich und räumlich veränderlich. Der Grund ist, dass die Wasserstoffbrückenbindungen recht schwach sind. Bei Zimmertemperatur ist genug Energie vorhanden, um ständig Wasserstoffbrücken zu spalten – und so schnell, wie sie gespalten sind, bilden sich an anderer Stelle neue. Man kann also für eine gegebene Temperatur nur eine durchschnittliche Clustergröße angeben. Es gibt bei dieser Temperatur kleine, mittlere und größere Cluster. Bild 5 illustriert die Situation.
Bild 5 : Links sind 4 Cluster aus 12, 8, 7 und 3 Wassermolekülen. Nur durch das Lösen und Neuknüpfen von Wasserstoffbrücken, aber fast gar nicht durch Ortsveränderung der Wassermoleküle bilden sich 4 völlig andere Cluster mit 13, 10, 4 und 3 Wassermolekülen.
Erfahren Sie an anderen Stellen des Projekts mehr über Begriffe, die in diesem Abschnitt eine Rolle spielen.
- Mehr über die Kristallstruktur von festem Wasser (Eis) in Kapitel 23.4.6.
- Mehr über den gasförmigen Zustand in Kapitel 11.3.
- Mehr über den flüssigen Zustand in Kapitel 11.2.
- Mehr über den festen Zustand in Kapitel 11.1.
- Mehr über polare Bindungen in Kapitel 3.6.2. und in Kapitel 5.5.
- Mehr über Wasserstoffbrückenbindungen in Kapitel 5.7.
23.4.4. Wasser ist ein Stoff mit besonderen Eigenschaften
von denen hier einige erklärt werden.
23.4.4.1. Wasser ist bei Zimmertemperatur flüssig
Wasser hat einen ungewöhnlich hohen Siedepunkt. Was bedeutet diese Aussage, und ist sie berechtigt ?
Eine wichtige Einflussgröße für den Siedepunkt eines Stoffes ist seine relative Molekülmasse. Kurz gesagt, je größer die Molekülmasse eines Stoffes ist, umso höher ist (in der Regel) sein Siedepunkt. Wasser hat eine sehr niedrige relative Molekülmasse (nur 18 g/mol), und es hat einen recht hohen Siedepunkt, er beträgt 100 °C.
Die Frage ist nun, warum der Siedepunkt so hoch ist, also von der Regel abweicht.
Flüssiges Wasser besteht (natürlich) aus Wassermolekülen, und zwischen diesen Molekülen wirken elektrostatische Anziehungskräfte. Durch diese Kräfte bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen. Sie bewirken das Auftreten von Clustern (Zusammenballungen) von Molekülen. In Gasen fliegen die Moleküle unabhängig voneinander umher. Die Wechselwirkungen zwischen ihnen (→ Kapitel 10.3.) sind schwach und nur kurzzeitig vorhanden.
Beim Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand (also beim Sieden) müssen diese Kräfte überwunden werden. Man kann auch sagen, die Wasserstoffbrückenbindungen müssen gespalten werden. Für diesen Vorgang ist Energie nötig. Da viele solcher Bindungen gespalten werden müssen (im Vergleich zu vielen anderen Stoffen, bei denen das in geringerem Maß nötig ist), wird viel Energie gebraucht. Bei Wasser ist gerade bei einer Temperatur von 100 °C die benötigte Energie vorhanden.
Bild 6 : Wasser hat seine höchste Dichte bei 4 °C. Sie beträgt 0,99997 g/cm3. Bei 0 °C ist sie, wenn auch nur wenig, niedriger.
Bild 7 : Auch dieses Gewässer – es ist der Havelkanal bei Brieselang – friert von oben zu.
23.4.4.2. Die Dichteanomalie des Wassers
Bei den meisten Stoffen nimmt die Dichte im flüssigem Zustand mit steigender Temperatur ab. Nur bei ganz wenigen Stoffen, darunter Wasser, ist es anders. Es hat seine höchste Dichte bei 4 °C (genau : bei 3,984 °C). Die Dichte nimmt also vom Schmelzpunkt bis 4 °C zu, dann bis zum Siedepunkt ab. Bild 6 zeigt die Dichte von Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur.
Was ist der Grund für die Dichteanomalie ?
Das Netzwerk zerfällt. – In flüssigem Wasser sind Cluster aus Wassermolekülen vorhanden.
Solche Cluster sind sperrig. Sie sind umso sperriger, je mehr Moleküle sie enthalten. Nahe dem Schmelzpunkt sind die
Cluster groß. Sie enthalten im Durchschnitt über 10 Moleküle. Mit steigender Temperatur werden die Cluster kleiner.
Durch die höhere Temperatur ist ja mehr Energie vorhanden, und die doch recht schwachen Wasserstoffbrückenbindungen
können häufiger gespalten werden. Kleinere Cluster sind weniger sperrig und brauchen weniger Platz. Wasser, das aus
kleineren Clustern besteht, hat also eine größere Dichte als Wasser, das aus größeren Clustern besteht.
Da die Clustergröße mit steigender Temperatur abnimmt, sollte die Dichte zunehmen.
Thermische Ausdehnung. – Bei höherer Temperatur haben die Moleküle eine höhere thermische
Energie. Das heißt, sie bewegen sich schneller und brauchen dadurch mehr Platz. Die Dichte sinkt also mit steigender
Temperatur. Dieser Effekt heißt „thermische Ausdehnung”.
Wer gewinnt ? – Die beiden Effekte (Zerfall des Clusternetzwerks und thermische Ausdehnung)
wirken gegeneinander. Bei Temperaturen unter 4 °C ist der erste Effekt der stärkere. Bei Temperaturerhöhung
zwischen 0 °C und 4 °C nimmt die Dichte von Wasser also zu. Bei Temperaturen über 4 °C ist der zweite
Effekt dominierend. Bei Temperaturerhöhung zwischen 4 °C und dem Siedepunkt nimmt die Dichte von Wasser ab.
Welche Auswirkungen hat die Dichteanomalie ?
Betrachten wir mal ein stehendes oder sehr langsam fließendes, etwa 20 °C warmes Gewässer. Was passiert beim Abkühlen ? Das kalte Wasser hat eine größere Dichte als das wärmere und sinkt nach unten. Bis zu einer Temperatur von 4 °C sammelt sich also kaltes Wasser am Grund des Sees, wärmeres an seiner Oberfläche. Bei weiterer Abkühlung drehen sich die Verhältnisse um. Das kalte Wasser hat nun eine geringere Dichte und steigt zur Oberfläche. Am Grund des Sees ist ein wenig wärmeres Wasser. Nun fällt die Temperatur unter 0 °C. Das kalte Wasser befindet sich an der Oberfläche des Sees. Dort begint der See zu gefrieren (Bild 7), und nicht etwa am Grund. Das ist nicht nur für Eisläufer sehr erfreulich, sondern auch für Fische und andere Lebwesen im See. Ist er tief genug, bleibt das Wasser am Grund flüssig, und die Tiere können dort überleben.
23.4.4.3. Wasser hat noch mehr Anomalien
Wasser hat nicht nur die eine, hier beschriebene Anomalie. Martin Chaplin zählt auf seiner Internetseite insgesamt 75 Anomalien auf.
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Water Structure
and Science.
– Umfassende Internetseite mit einer riesigen Menge an Informationen rund um Wasser und seine Struktur.
Von Martin Chaplin, einem emeritierten Chemieprof aus England. – Link zuletzt überprüft im Juni 2026.
23.4.4.4. Die Viskosität von Wasser
Wie bei den anderen Anomalien auch liegt die Ursache in den Wasserstoffbrückenbindungen. Würde flüssiges Wasser aus Molekülen bestehen, die sich unabhängig voneinander bewegen, wäre die Viskosität niedrig, denn kleine, kompakte Moleküle können sich ohne große Schwierigkeiten aneinander vorbeibewegen. Wasser besteht aber nicht aus solchen unabhängigen Einzelmolekülen, sondern aus Clustern von mehreren H2O–Molekülen. Nahe dem Schmelzpunkt sind es im Durchschnitt über 10 Moleküle. Klar ist auch (Sie können es in Bild 5 erkennen), dass solche Cluster sperrig sind. Diese großen, sperrigen Cluster können sich nicht so ohne Weiteres aneinander vorbeibewegen. Sie verhaken sich immer wieder ein wenig, und es wird Energie benötigt, um die Reibung zeischen den Clustern zu überwinden. Die Viskosität ist somit höher als ohne Clusterbildung.
- Mehr über die Viskosität erfahren Sie in Kapitel 15.
23.4.4.5. Eis schwimmt auf dem Wasser
Eis schwimmt auf Wasser, denn seine Dichte ist geringer. Warum das so ist, erkläre ich in Kapitel xxx, am Ende des Abschnitts über die Kristallstruktur, denn sie ist dafür verantwortlich.
23.4.4.6. Weitere Eigenschaften von Wasser
Mehr zu diesem Thema demnächst.
23.4.5. Physikalische Eigenschaften
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| Steckbrief Wasser | |
| Summenformel | H2O |
| Schmelzpunkt | 0,00 °C |
| Siedepunkt | 100,00 °C |
| Dichte bei 20 °C | 0,99820 g/cm3 |
| kritische Temperatur | 374 °C |
| kritischer Druck | 22,064 MPa (220,64 bar) |
| kritische Dichte | 0,322 g/cm3 |
| Aussehen im festen Zustand | farblos, hexagonale Kristalle |
| CAS–Nr. | 7732–18–5 |
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23.4.6. Die Kristallstruktur von Eis
Die Überschrift hört sich einfach an, und vielleicht erwarten Sie jetzt einen kurzen Abschnitt, in dem ich mit ein paar Bildern die Kristallstruktur von Eis vorstelle.
Diese Erwartung ist unrealistisch.
Die Modifikationen von Eis
Eis hat eine große Zahl von Modifikationen (Phasen). Manche sagen, Eis sei der Stoff mit der größten Zahl an Modifikationen. Derzeit (2026) sind 22 kristalline und 4 amorphe Modifikationen von Eis bekannt. Das Eis, das wir alle kennen (als Schnee und Gletscher, von zugefrorenen Seen und im Haushalt) hat die Bezeichnung Eis Ih. Die römische Zahl I besagt, dass es die „erste” Modifikation von Eis ist, und das folgende h weist auf die Kristallstruktur hin – hexagonal.
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Phasen von Eis. – Ausführliche
Zusammenstellung von Informationen zu allen bekannten Phasen von Eis. Von der englischen Wikipedia.
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Phasendiagramm von
Eis. – Von Martin Chaplin, einem emeritierten Chemieprof aus England.
Im folgenden wird es nur um die Kristallstruktur von Eis Ih gehen.
Die Sauerstoffatome
Bild 8 : Links Eis–Ih–Kristall, Ausschnitt (nur Sauerstoffatome
umfassend). – Rechts
Wurtzit–Kristall, Ausschnitt. –
Farbcodierung :
Sauerstoff,
Schwefel,
Zink. –
Daten aus L–317. –
Bildnachweis.
Bei der Besprechung der Kristallstruktur von Eis Ih werde ich schrittweise vorgehen. So bleiben die Erklärungen übersichtlich, und es hilft Ihnen, den Aufbau der Struktur zu verstehen.
Ich beginne mit den Sauerstoffatomen, denn hier ist der Weg direkt und einfach.
Positionen. – Die Elementarzelle von Eis Ih ist hexagonal, und die Sauerstoffatome besetzen dieselben Positionen wie die Zink– und die Schwefelatome im Wurtzit. Sie können diese Behauptung leicht in Bild 8 überprüfen. Der linke Teil zeigt etwas mehr als 8 (2 x 2 x 2) Elementarzellen der Eis–Ih–Struktur. Eine davon ist schwarz markiert, während der rechte Teil einen fast genauso großen Ausschnitt aus der Wurtzit–Kristallstruktur zeigt. Die Gleichheit der Atompositionen ist offensichtlich.
Bild 9 : Eis–Ih–Kristall, Ausschnitt (nur Sauerstoffatome umfassend). – Daten aus L–317. – Bildnachweis.
Bild 10 : Eis–Ih–Kristall, Ausschnitt (nur Sauerstoffatome umfassend). Gleiche Szene wie in Bild 9, jedoch aus anderen Richtungen. Mehr Info im Text. – Daten aus L–317. – Bildnachweis.
4 Nachbarn. – Nun betrachten wir die Anordnung der Sauerstoffatome genauer. Bild 9 zeigt denselben Ausschnitt aus dem Eis–Ih–Kristall, jedoch ohne die Markierung der Elementarzelle (wir brauchen sie nicht mehr). Statt dessen habe ich alle Sauerstoffatome mit ihren nächsten Nachbarn verbunden. Die Verbindungslinien sind hellgrau (außer einigen, die ich grün und blau gezeichnet habe). Sie sehen, dass jedes Sauerstoffatom 4 solche unmittelbare Nachbarn hat.
Tetraederwinkel. – Die Winkel zwischen den Verbindungslinien betragen immer genau 109,47°. Das ist der Tetraederwinkel. Überrascht Sie das ? Im Wassermolekül ist der Bindungswinkel etwas kleiner, nur 104,5°. Nun ja, ein Eiskristall ist kein Wassermolekül. Der Grund für den 104,5–Grad–Winkel sind die freien Elektronenpaare im Wassermolekül (→ Kapitel 6.1.8.1). Der andere Winkel im Eiskristall ist also ein Hinweis darauf, dass die Verhältnisse dort anders sind als in flüssigem Wasser. Weiter unten erfahren Sie mehr dazu.
Sind es Bindungen ? – Wenn Sie meine defensiven Formulierungen kennen, ahnen Sie es sicher schon. Nein, die Verbindungslinien in den Bildern 9 und 10 sind keine Bindungen. Bindungen im Eis–Ih–Kristall verlaufen immer zwischen Sauerstoff– und Wasserstoffatomen. Die Linien dienen nur zur Markierung und zur Verdeutlichung der geometrischen Situation.
Ringe und Ebenen, Sessel und Wannen. – Eine Frage, die oft wichtig ist, ist, ob man die Anordnung der Atome in einer Kristallstruktur mit Hilfe von Ringen beschreiben kann. Es geht also darum, ob die Atome ringförmige Strukturen bilden. Hier, im Eis–Ih–Kristall, ist das der Fall. Die kleinsten Ringe (und nur diese sind interessant) bestehen aus 6 Sauerstoffatomen. Oft nennt man sie Sechsringe.
Es gibt im Eis–Ih–Kristall 2 Arten von solchen Sechsringen.
Der Grüne. – Einen Sechsring der ersten Art habe ich in Bild 9 grün gezeichnet. Kommt er Ihnen bekannt vor ? In Kapitel 4.1.2.3. finden Sie in Bild 6 ein Cyclohexan–Molekül in der Sesselform, in Bild 7 von Kapitel 8.2.5.5. ein weiteres. Der Ring aus 6 Kohlenstoffatomen im Cyclohexan–Molekül hat eine verblüffende Ähnlichkeit mit dem Ring aus 6 Sauerstoffatomen im Eis–Ih–Kristall. Ehrlich gesagt, das war zu erwarten. In beiden Ringen hat jedes der Ringatome 4 Liganden, und solche Ringe (man nennt sie vierfach koordiniert) bilden, wenn sie eine möglichst niedrige Freie Enthalpie (→ Kapitel 4.1.7.) haben sollen, die Sesselform aus.
Schnell finden Sie weitere Sechsringe in der Sesselform, die genauso aussehen wie der grün gezeichnete. Sie sind in Bild 9 hinter dem grünen und rechts von ihm. Man kann sagen, diese Sechsringe bilden eine Schicht oder Ebene. Im Englischen heißen solche Schichten layer oder sheets. Da die Ebenen nicht wirklich eben sind, nennt man sie gewellt, im Englischen gern puckered oder corrugated. In Bild 9 sehen Sie noch 2 weitere solcher gewellter Schichten aus Sesselform–Sechsringen. Eine ist ein wenig unter der ersten, und hier sind die Sechsringe gespiegelt zur vorigen. Die Lehne ist nun (im Bild) links statt rechts. Eine dritte Schicht dieser Art ist im Bild noch weiter unten, nur wenig über der a–Achse. Sie ist identisch zur ersten Schicht mit dem grün markierten Sechsring – kein Wunder, sie gehört zur nächsten Elementarzelle. Alle diese Schichten aus Sessel–Sechsringen liegen senkrecht zur c–Achse, oder parallel zur a–b–Ebene.
Der Blaue. – Einen Sechsring der zweiten Art habe ich in Bild 9 blau gezeichnet. Solche Sechsringe nennt man boot– oder wannenförmig. 2 parallele Linien markieren den Bootsrumpf, die Spitzen stehen für Bug und Heck. Sechsringe in der Wannenform sind weniger verbreitet als sesselförmige, denn ihre innere Energie ist höher. Ein Cyclohexan–Molekül in der Wannenform finden Sie in Bild 6 von Kapitel 4.1.2.3.
Schnell finden Sie auch weitere Sechsringe in der Wannenform, die genauso aussehen wie der blau gezeichnete. Einer ist in Bild 9 hinter dem blauen, 2 weitere Paare links von ihm. Die Wannen–Sechsringe liegen immer parallel zur c–Achse, und sie verbinden die Ebenen aus Sessel–Sechsringen. Auch zwischen den beiden unteren Ebenen aus Sessel–Sechsringen verlaufen Wannen–Sechsringe. In Bild 9 sind 6 davon zu sehen, und sie sind spiegelverkehrt zum blauen – Bug und Heck zeigen in die entgegengesetzte Richtung.
Richtungen. – In Bild 9 sehen Sie die Ringe in der Sesselform (grün) und der Wannenform (blau) von der Seite. Das wird oft so gemacht, und es ist auch sinnvoll, denn auf diese Weise sieht man die beiden Formen deutlich. Man kann die Szene auch aus anderen Richtungen anschauen. Im oberen Teil von Bild 10 blickt man entlang der c–Achse. Man kann sagen, dass man von oben auf den grünen Sessel–Sechsring blickt. Nun, aus der passenden Richtung, ist sein Aussehen das eines regelmäßigen Sechsecks, wie eine Bienenwabe. Natürlich ist er nicht plötzlich eben geworden, es ist nur die Projektion auf die a–b–Ebene, die ihm diesem Anschein gibt. Etwas Analoges sehen Sie im unteren Teil von Bild 10. Hier blicken Sie aus einer Richtung, die senkrecht auf der c–Achse steht, auf den Wannen–Sechsring. Wieder erweckt er den Eindruck, ein regelmäßiges Bienenwaben–Sechseck zu sein, aber wieder täuscht uns die Perspektive. Nur seine Projektion auf die Bildschirmebene ist regelmäßig.
Im weiteren Verlauf des Abschnitts werden Sie noch öfter scheinbar regelmäßige Sechsecke sehen. Vergewissern Sie sich jedesmal, ob es nicht doch Sessel– oder Wannen–Sechsecke sind.
Die Wasserstoffatome
Die Sauerstoffatome haben unsere Erwartungen erfüllt. Ihre Anordnung ist übersichtlich und leicht zu verstehen. Ob es bei den Wasserstoffatomen ähnlich ist ? Nein, hier ist es anders. Aber wenn Sie den folgenden Abschnitt mit seinen --- x --- Überraschungen gelesen haben, haben Sie die Kristallstruktur von Eis Ih wirklich verstanden.
Bild 11 : 3 Wassermoleküle, schematisch. Das Sauerstoffatom des einen ist an
4 Wasserstoffatome gebunden. –
Farbcodierung :
Sauerstoff,
Wasserstoff.
Jedes Sauerstoffatom ist an 4 Wasserstoffatome gebunden. – Vier ? Wirklich ? Nicht zwei ? Die Formel heißt doch H2O. Sehen Sie sich Bild 11 an, um zu erfahren, wie das sein kann. Im unteren Bereich des Bildes ist ein Wassermolekül gezeichnet. Wir betrachten sein Sauerstoffatom (rot) genauer. 2 dicke Striche führen zu 2 weiß gezeichneten Kreisen. Das sind die beiden kovalenten Bindungen (Atombindungen), die zwischen den Atomen des Wassermoleküls verlaufen. Zusätzlich gehen vom Sauerstoffatom 2 weitere, gestrichelt gezeichnete Bindungen aus. Sie führen zu Wasserstoffatomen benachbarter Wassermoleküle. Es sind Wasserstoffbrückenbindungen. Das Sauerstoffatom in Bild 11 (und genauso alle anderen Sauerstoffatome im Eis–Ih–Kristall) ist an 4 Wasserstoffatome gebunden. 2 der 4 Bindungen sind kovalente Bindungen, die anderen beiden sind Wasserstoffbrückenbindungen.
Bild 11 ist eine Beschreibung, aber keine Begründung. Sehen Sie sich also noch einmal Bild 1 an. Dem Sauerstoffatom sind dort 4 Elektronenpaare zugeordnet, 2 Bindungselektronenpaare und 2 freie (einsame) Elektronenpaare. Die freien Elektronenpaare sind (natürlich, Elektronen haben immer eine negative Ladung) elektrisch negativ geladen, die Wasserstoffatome der benachbarten Wassermoleküle tragen eine positive Teilladung (→ Kapitel 5.7). Diese beiden Ladungen ziehen sich an, und das ist die Wasserstoffbrückenbindung. Grund für die 4 an ein Sauerstoffatom gebundenen Wasserstoffatome sind also die 4 Elektronenpaare des Sauerstoffatoms.
>
Demnächst bearbeite ich diesen Abschnitt weiter.
Es kann aber noch etwas dauern.
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