Wasser

mini|alt=Fotografie eines Eisberges. Im Vordergrund eine Wasseroberfläche, im Zentrum ein hellblauer Eisberg. Im Hintergrund schneebedeckte Berggipfel und ein wolkenloser Himmel.|Hier liegen drei Aggregatzustände des Wassers nebeneinander vor: Der Eisberg als festes, der Lago Argentino als flüssiges und der unsichtbar in der Luft befindliche Wasserdampf als gasförmiges Wasser. mini|alt=Kurzzeitfotografie eines mit Wasser gefüllten Trinkglases. Die Wasseroberfläche ist aufgewirbelt, ein Loch von etwa 3 cm Durchmesser ist im Wasser. Am Rand des Loches befindet sich ein Kraterrand, der sich etwa 2 cm über die restliche Wasseroberfläche erhebt. Einzelne Wassertropfen haben sich vom Kraterrand gelöst und befinden sich in etwa 4 cm über dem Rand des Glases. Vom Kraterrand laufen zwei dünne Arme aus Wasser nach oben, in einzelne Tröpfchen zu zerfallen.|Aus einem Trinkglas spritzendes Wasser nach Aufprall eines Wassertropfens mini|alt=Unterwasser-Fotografie einer Wasseroberfläche aus etwa 20 cm Tiefe, in Richtung einer Lichtquelle. Die Wasseroberfläche ist gewellt, die Wellen brechen die Lichtstrahlen, sodass nicht erkennbar ist, woher das Licht genau kommt. Luftblasen steigen zur Oberfläche hin auf.|Wasser, Luft und Licht mini|alt=Schematisches Diagramm: Zwei Wassermoleküle sind dargestellt als durch Striche miteinander verbundene Buchstaben. In der Mitte jeweils ein O, davon ausgehend zwei Striche, an deren Ende ein H steht. Die Striche bilden zueinander einen stumpfen Winkel von etwa 110 Grad. An jedem Buchstaben befindet sich der griechische Kleinbuchstabe delta, gefolgt von einem Plus-Zeichen bei H und einem Minuszeichen bei O. Die beiden Wassermoleküle sind so angeordnet, dass sich das O des linken Moleküls in der Verlängerung der Linie zwischen O und H des rechten Moleküls befindet und die beiden H des linken Moleküls symmetrisch um diese Linie nach links gedreht sind. Der Abstand zwischen dem O des linken und dem H des rechten Moleküls ist etwa eineinhalb mal so lange wie zwischen O und H eines einzelnen Moleküls. Dieser Abstand ist mit kurzen Strichen ausgefüllt, die senkrecht auf der gedachten Verbindungslinie stehen, so als wäre eine sehr breite Linie regelmäßig unterbrochen.|Darstellung zweier Wassermoleküle mit rot markierten Partialladungen, verbunden durch eine gestrichelt ge­zeichnete Wasserstoffbrückenbindung

Wasser ( Aqua; altgriechisch hydor) ist die chemische Verbindung H2O, bestehend aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H).

Die Bezeichnung Wasser wird dabei für den flüssigen Aggregatzustand verwendet. Im festen Zustand spricht man von Eis, im gasförmigen Zustand von Wasserdampf. In der Natur kommt Wasser selten rein vor, sondern enthält meist gelöste Anteile von Salzen, Gasen und organischen Verbindungen.

Wasser ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Als die wichtigste Flüssigkeit wird es auch als das Blaue Gold bezeichnet. Die international anerkannte Hydrologin Malin Falkenmark bezeichnete den Wasserkreislauf als den „Blutkreislauf der Biosphäre“.

Biologische Vorgänge laufen nur dank Wasser ab. Der Mensch als biologisches Wesen (Wasseranteil ca. 70 %) nutzt das Wasser zur Sicherung seines eigenen Überlebens und für seine kulturelle und wirtschaftliche Entwicklung. Da Wasser als einziger natürlicher Stoff auf der Erde im festen, flüssigen und gasförmigen Zustand vorkommt, prägt es die Natur über das Klima, die Gewässer und Gletscher. Es gilt als eine der naturwissenschaftlich am besten untersuchten chemischen Verbindungen.

Bezeichnungen Etymologie Das deutsche Wort Wasser (mittelhochdeutsch wazzer, althochdeutsch wazzar) ist urverwandt mit indogermanisch *wódr̥ und *wédōr, das bereits in hethitischen Texten des 2. Jahrtausends v. Chr. (etwa als watar) belegt ist. Das Wort gehört zur indogermanischen Wurzel *wēd oder *wŏd, vgl. englisch wet, „feucht“.Friedrich Kluge, Alfred Götze: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 20. Auflage. Hrsg. von Walther Mitzka. De Gruyter, Berlin / New York 1967; Neudruck („21. unveränderte Auflage“) ebenda 1975, ISBN 3-11-005709-3, S. 840.

Verwandte Wörter finden sich in den meisten indogermanischen Sprachen, z. B. Germanisch: niederdeutsch, niederländisch und englisch water; isländisch vatn Keltisch: schottisch uisge (vgl. Whiskey); irisch uisce Slawisch: (woda, vgl. Wodka); polnisch woda; obersorbisch woda Baltisch: litauisch vanduo; lettisch ūdens

Auch das altgriechische Wort für „Wasser“, , von dem sich alle Fremdwörter mit dem Wortbestandteil hydr(o)- ableiten, gehört zu dieser Familie.

Alternative chemische Bezeichnungen Andere – nach der chemischen Nomenklatur zulässige – Bezeichnungen für Wasser sind: Wasserstoffoxid: Es existieren allerdings noch weitere Oxide des Wasserstoffs (siehe Wasserstoffoxide). Diwasserstoffmonoxid, Wasserstoffhydroxid, Dihydrogeniumoxid, Hydrogeniumoxid, Hydrogeniumhydroxid, Oxidan (IUPAC) oder Dihydrogenmonoxid (DHMO). Dihydrogenmonooxid dient meist als wissenschaftlicher Scherz und wird nicht in einem professionellen Kontext verwendet. Nach der substitutiven IUPAC-Nomenklatur sollte Wasser eigentlich Oxan genannt werden, da Oxan aber bereits durch die Nomenklatur des Hantzsch-Widman-Systems belegt ist, wurde Oxidan gewählt.

Eigenschaften von Wasser mit allen chemischen und physikalischen Daten in der Infobox, Verwendung als Chemikalie und Dichteanomalie des Wassers. Wasser (H2O) ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Wasser ist als Flüssigkeit durchsichtig, weitgehend farb-, geruch- und geschmacklos.

Wassermolekül mini|alt=Foto eines mit Wasser gefüllten Trinkglases von oben. In der Mitte der Wasserfläche schwimmt eine Münze aus Metall, die mit „1 Pfennig“ beschriftet ist. Rund um die Münze ist zu erkennen, dass die Wasseroberfläche dort eingedellt ist, wo sie die Müne berührt.|Oberflächenspannung von Wasser mini|Geometrie des Wassermoleküls mini|Verkettung der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen zu einem Wassercluster mini|Entstehung eines Tropfens

Wasser besteht aus Molekülen, gebildet aus je zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Sauerstoff hat auf der Pauling-Skala mit 3,5 eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff mit 2,1. Das Wassermolekül weist dadurch ausgeprägte Partialladungen auf, mit einer negativen Polarität auf der Seite des Sauerstoffs und einer positiven auf der Seite der beiden Wasserstoffatome. Es resultiert ein Dipol, dessen Dipolmoment in der Gasphase 1,84 Debye beträgt.

Tritt Wasser als Ligand in einer Komplex-Bindung auf, so ist Wasser ein einzähniger Ligand.

Geometrisch ist das Wassermolekül gewinkelt, wobei die beiden Wasserstoffatome und die beiden Elektronenpaare in die Ecken eines gedachten Tetraeders gerichtet sind. Der Winkel, den die beiden O-H-Bindungen einschließen, beträgt 104,45°. Er weicht aufgrund des erhöhten Platzbedarfs der freien Elektronenpaare vom idealen Tetraederwinkel (~ 109,47°) ab. Die Bindungslänge der O-H-Bindungen beträgt jeweils 95,84 pm.

Weil Wassermoleküle Dipole sind, besitzen sie ausgeprägte zwischenmolekulare Anziehungskräfte und können sich durch Wasserstoffbrückenbindung zu Clustern zusammenlagern. Dabei handelt es sich nicht um beständige, feste Verkettungen. Der Verbund über Wasserstoffbrückenbindungen besteht nur für Bruchteile von Sekunden, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut – mit anderen Wassermolekülen – verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung von variablen Clustern. Diese Vorgänge bewirken die besonderen Eigenschaften des Wassers:

Wasser hat eine Dichte von rund 1000 kg/m³ (ursprünglich die Definition des Kilogramms), genauer: 999,975 kg/m³ bei 3,98 °C. Als Dichteanomalie bezeichnet man die auf der Wasserstoffbrückenbindung beruhende Eigenschaft, dass Wasser bei dieser Temperatur die höchste Dichte hat und beim Abkühlen unter diese Temperatur kontinuierlich und beim Gefrieren sogar sprunghaft an Volumen zunimmt, also an Dichte verliert, so dass Eis auf Wasser schwimmt, eine Viskosität von 1,0019 mPa·s (0,010019 Poise) bei 20 °C, eine der höchsten spezifischen Wärmekapazitäten von Flüssigkeiten bei Raumtemperatur (75,366 J·mol−1·K−1 entsprechend 4,18 kJ·kg−1·K−1 bei 20 °C), eine der größten Oberflächenspannungen aller Flüssigkeiten (Quecksilber hat allerdings eine noch größere); bei Wasser beträgt sie in feuchter Luft 72 mN/m bei +20 °C, so dass die Tröpfchenbildung erleichtert wird, eine der größten spezifischen Verdampfungsenthalpien aller Flüssigkeiten (44,2 kJ/mol entsprechend 2453 kJ/kg bei 20 °C; daher rührt der kühlende Effekt bei der Transpiration) sowie eine hohe Schmelzenthalpie (6,01 kJ/mol entsprechend 333 kJ/kg; so dass Salzwasser eine nur geringe Gefrierpunktserniedrigung im Vergleich zu reinem Wasser zeigt), eine geringe Wärmeleitfähigkeit (0,6 W/(m K) bei 20 °C).

Je nach Isotopenzusammensetzung des Wassermoleküls unterscheidet man normales „leichtes Wasser“ (zwei Atome Wasserstoff: H2O), „Halbschweres Wasser“ (ein Atom Wasserstoff und ein Atom Deuterium: HDO), „schweres Wasser“ (zwei Atome Deuterium: D2O) und „überschweres Wasser“ (zwei Atome Tritium: T2O), wobei mit HTO und DTO noch weitere Moleküle mit gemischten Isotopen vorkommen.

Wassermoleküle kommen in zwei verschiedenen Kernspinzuständen (ortho- und para-Wasser) mit fast identischen physikalischen Eigenschaften vor. Es ist möglich, die beiden Formen zu trennen und die unterschiedlichen chemischen Reaktivitäten zu untersuchen.Wasser ist nicht gleich Wasser: Trennung und Untersuchung der Isomere des Wassers (para- und ortho-Wasser, para-Wasser reagiert 25 % schneller mit Diazenylium-Ionen «protonierter Stickstoff»), chemie.de, 31. Mai 2018.Wasser ist nicht gleich Wasser. Universität Basel, 29. Mai 2018.

Wasser kann unter Hochspannung eine Wasserbrücke zwischen zwei Glasgefäßen ausbilden.Thomas Kramar: Physik: Eine Brücke aus H2O. In: Die Presse. 8. November 2007.

Synthese, Elektrolyse und chemische Verwendung Wasser als chemische Verbindung wurde zum ersten Mal synthetisiert, als Henry Cavendish im 18. Jahrhundert ein Gemisch aus Wasserstoff und Luft zur Explosion brachte (siehe Knallgas-Reaktion).

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft., VDE, abgerufen am 3. August 2011.

Wasserstoff ist, wie elektrische Energie, keine Primärenergie, sondern muss, analog zur Stromerzeugung, aus Primärenergie hergestellt werden.

Zur Demonstration wird Wasser im Hofmannschen Wasserzersetzungsapparat in seine Bestandteile zerlegt. Reaktionsschema:

Nachweis Nachweisreaktion: Wasser färbt weißes, kristallwasser­freies Kupfersulfat hellblau, und blaues Cobalt(II)-chlorid­papier wird durch Wasser rot gefärbt.

In der Analytik wird Wasser in Kleinmengen (Feuchte bzw. Trockenheit) überwiegend quantifiziert mittels Karl-Fischer-Titration (nach Karl Fischer). Abhandlungen in Arzneibüchern zum quantitativen Nachweis von Wasser beruhen überwiegend auf der Karl-Fischer-Titration.

Entstehung der Bläschen im siedenden Wasser Wärmeeinwirkung verursacht eine schnellere Bewegung der Wassermoleküle. Werden an der Stelle der Wärmeeinwirkung 100 °C erreicht, geht es dort (je nach Keim mit mehr oder weniger Siedeverzug) vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand (Dampf) über, dessen Volumen um etwa das 1600-Fache höher ist (siehe Wasserdampf) und der infolge seiner im Verhältnis zum umgebenden Wasser geringeren Dichte als mehr oder weniger große Blasen aufsteigt: Das Wasser beginnt zu sieden, wobei die Dampfblasen von Schichten noch nicht so heißen Wassers abgekühlt werden und wieder zu flüssigem Wasser kondensieren. Erreicht schließlich die gesamte Wassermenge die Temperatur von 100 °C, so gelangen die nun großen Dampfblasen bis an die Oberfläche: Das Wasser kocht.