Big Bang 3, Schulbuch

41 20.2 Schmelzen und Erstarren Das freut die Fische Wasser weist zwei Besonderheiten auf, die man auch Anomalien nennt: 1) Wenn Wasser friert , dann steigt sein Volumen um saftige 9% ( B 20.17 a ). Das liegt an der sechseckigen Anordnung der Wassermoleküle im Eis ( B 20.16 ). 2) Weil sich diese Sechsecke bereits unter 4 °C zu ordnen beginnen, dehnt sich Wasser vor dem Frieren wieder aus ( B 20.17 b ). Wasser mit 4 °C hat also die größte Dichte und sinkt ab. Tiefere Gewässer können im Winter daher nicht durchfrieren ( B 20.18 ). Und das freut die Fische, weil sie in der Tiefe überleben kön- nen. Weil die Moleküle in Sechsecken geschlichtet mehr Platz brauchen, ist die Dichte von Eis geringer als die von Wasser . Anders gesagt: Was- ser dehnt sich beim Gefrieren aus ( 1 Info: Das freut die Fische ). Als leichte Übung kann es dabei den Deckel eines Röhrchens auf- drücken ( A7 und B 20.19 ). Die Kräfte können aber auch ziemlich groß werden. Wenn Wasser in Ritzen gefriert, können sogar Steine zerbrechen oder der Straßenbelag kann zerbröseln ( A6 ). Bei Letzterem spricht man von Frostaufbrüchen. a) Wenn Wasser friert, steigt das Volumen. b) Wasser hat bei 4 °C das kleinste Volumen. B 20.17 Ein See im Sommer (a) und im Winter (b) B 20.18 Beim Frieren dehnt sich Wasser aus. B 20.19 Ihre Schmelztemperatur sollte auf jeden Fall unter 37 °C liegen, damit sie auf der Zunge zergeht – mjam ( A12 )! In einem Hochofen muss es über 1500 °C haben, damit das Eisen flüssig wird ( B 20.14 ). Und Wolfram , das früher als Glühdraht in Birnen verwendet wurde, schmilzt gar erst bei über 3400 °C. In B 20.8 a ( S. 39 ) siehst du, dass bei Wasser die Grenze zwischen fest und flüssig nach links oben geht. Man kann also Eis durch hohen Druck verflüssigen. Dass aber beim Eislaufen der Druck der Kufen das Eis ver- flüssigt, stimmt nicht , obwohl man es immer wieder lesen kann ( A9; 1 Info: Warum Eis so rutschig ist ). Warum Eis so rutschig ist Wieso gleiten Eislaufschuhe so gut ( B 20.15 )? Das liegt an einer hauchdünnen Wasser­ schichte , die sich immer auf dem Eis befindet. Während die Wassermoleküle im Eis von Nachbarn umzingelt sind, fehlen denen an der Oberfläche die oberen Nachbarn zum Festhalten. Sie sind somit freier beweglich ( B 20.16 ) und erzeugen immer eine dünne Wasserschichte. Zusätzlich entsteht durch die Kufen Reibungswärme ( B 19.6 , S. 29 ), die diese Schichte dicker macht. Sehen wir uns das Gegenteil an, wenn also etwas er­ starrt beziehungsweise friert . Je stärker etwas ab­ kühlt , desto langsamer bewegen sich die Teilchen. Die Bindungen zu den Nachbarmolekülen werden immer dauerhafter, bis sie unter dem Schmelzpunkt wieder komplett fest werden. Wenn Wasser friert, passiert etwas Ungewöhnliches. Die Moleküle ordnen sich in Sechsecken an, wie das in B 20.16 dargestellt ist. Diese Anordnung ist auch der Grund dafür, warum ganze Schneekristalle sechseckig sind ( A10 ). B 20.15 Die Wassermoleküle oben haben weniger Nachbarn zum Festhalten. Sie sind schwächer gebunden und ergeben eine dünne Wasserschichte. B 20.16 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv