Was ist los im Wassertropfen?

Kinderuni: Von Wassermolekülen und Aggregatzuständen

von Anna Schäfer und Sandra Müller - 30.10.2006

Woraus besteht eigentlich Wasser? Warum kann es einmal als Eis hart werden wie Stein und sich ein anderes Mal in Dampf auflösen? Professor Karl Klinkhammer vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie hat den jungen Studenten der Kinderuni erklärt, dass dafür die "Wasser-Mollies" - wie er die Moleküle scherzhaft nennt - verantwortlich sind.

"Was ist eigentlich Wasser?", fragte Professor Klinkhammer seine jungen Studenten. (Quelle: Helles Köpfchen)

Hunderte junger Studenten stürmten auch diesmal in den Hörsaal der Kinderuni, als sich endlich die Eingangstüren öffneten. Die neugierigen Nachwuchswissenschaftler wollten von Professor Karl Klinkhammer diesmal etwas über die Eigenschaften von Wasser erfahren. Denn obwohl wir alle jeden Tag mit dem kühlen Nass zu tun haben, wissen wir doch nur sehr wenig darüber, woraus Wasser eigentlich besteht und wie es sein kann, dass es mal hart wie Stein, mal flüssig und mal unsichtbar ist.

"Das ist doch fast wie Zauberei!" meint Professor Klinkhammer. Wenn Wasser zu Dampf wird, verschwindet es für das menschliche Auge, es wird unsichtbar. Ganz ähnlich, wie wenn ein Zauberkünstler ein Tuch verschwinden lässt.

Magische Chemie

Hennig Brand in seinem Labor. Bei dem Versuch, aus Urin Gold zu gewinnen, entdeckte er den Phosphor.

Die Wissenschaft der Chemie, die Stoffe verwandelt oder verschwinden lässt, kann man deshalb fast mit Zauberei vergleichen. Und tatsächlich galten vor ein paar Hundert Jahren Chemiker als Magier. Sie wurden damals Alchemisten genannt. In Experimenten versuchten sie, Stoffe in andere Stoffe zu verwandeln. Vor allem suchten sie nach einer Möglichkeit, künstlich Gold herzustellen. Das gelang zwar nicht, aber bei den Experimenten wurden viele andere Stoffe und Zusammenhänge aufgespürt. So entdeckte der Hamburger Alchemist Hennig Brand im Jahr 1669 bei dem Versuch, durch das Erhitzen von Urin Gold zu gewinnen durch Zufall den Phosphor, der auch heute noch beispielsweise in der Streichholzherstellung verwendet wird.

Die Magie ist also keine Fähigkeit des Zauberers, sondern seine Kenntnisse über Eigenschaften der Dinge. Auch ein Zauberer kann nichts wirklich verschwinden lassen – aber er weiß vielleicht, wie man einen Stoff dazu bringt, sich so zu verwandeln, so dass er nicht mehr sichtbar ist.

Gesellige "Wasser-Mollies"

Wasser ist ein magischer Stoff, der sich verwandeln kann, erfuhren die Kinder. (Quelle: Helles Köpfchen)

Auch das Wasser ist ein magischer Stoff. Es verwandelt sich je nach Temperatur in Eis, das hart wie Beton ist, oder in unsichtbaren Wasserdampf, der in den Himmel steigt. Doch auch der Dampf verschwindet nicht: Wenn er auf kältere Luftschichten trifft, kondensiert er (verwandelt sich also wieder in Wasser) und fällt als Regen herab.

Aber wie kann das eigentlich sein, dass Wasser mal fest, mal flüssig und mal gasförmig ist? Die Erklärung dafür liegt in den Eigenschaften der Wasser-Moleküle oder der "Wasser-Mollies", wie Professor Klinkhammer diese winzig kleinen Bestandteile des Wassers nennt. Alles, was uns umgibt, besteht aus Molekülen. Allerdings haben Stein-Moleküle oder Luft-Moleküle andere Eigenschaften als Wasser-Moleküle und fühlen sich deshalb auch anders an.

Wasser-Moleküle treten so gut wie nie alleine auf. Ein einziges Molekül ist auch gar nicht sichtbar und fühlt sich nicht wie Wasser an. Wenn sich sechs Milliarden Wassermoleküle in einer Reihe aufstellen würden, kämen sie gerade einmal auf eine Länge von sechzig Zentimetern.

Energie bestimmt das Verhalten der Moleküle

Am Ende der Vorlesung bestürmten die jungen Studenten den Professor mit ihren Fragen. (Quelle: Helles Köpfchen)

Die Wasser-Moleküle verändern ihr Verhalten je nachdem, wie viel Energie ihnen zur Verfügung steht. Diese Energie kann von der Wärme der Sonne kommen, von einem Feuer, von einer Herdplatte, oder sogar von einer warmen Hand. Bei einer mittleren Temperatur bewegen sich die Wassermoleküle. "Vielleicht spielen sie miteinander", meinte Professor Klinkhammer. Auf jeden Fall wuseln sie ziemlich herum. Das Wasser ist jetzt flüssig, so wie wir es meistens erleben.

Wenn weniger Energie zur Verfügung steht, wenn es also kälter wird, werden die Moleküle immer ruhiger, bis sie sich schließlich gar nicht mehr bewegen. Dann ist das Wasser zu Eis geworden.

Bei hohen Temperaturen dagegen schwirren die Moleküle regelrecht herum, bis sich einzelne von ihnen lösen und in die Luft aufsteigen. Professor Klinkhammer stellt sich dann vor, dass jedes Molekül kleine Flügel hat, mit denen es wegfliegen kann. Der Dampf steigt auf, bis er an kältere Luftschichten stößt oder bis es nachts kalt wird. Dann klappen die Moleküle ihre Flügel ein – der Dampf kondensiert zu Wassertropfen, die als Regen wieder herab zur Erde fallen.

"Das Geheimnis der Magie ist", sagte Professor Klinkhammer, "dass nichts wirklich verschwindet." Dinge verändern zwar ihre Form oder ihren Zustand, aber sie hören nicht auf zu existieren.

letzte Aktualisierung: 19.02.2010

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