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Dichteanomalie des Wassers - Referat



Definition Dichte:

Die Dichte (genauer: Massendichte) eines Körpers ist das Verhältnis seiner Masse zu seinem Volumen. Sie wird zum Beispiel in Gramm pro Kubikzentimeter oder Kilogramm pro Liter angegeben. Anschaulich gesagt beschreibt sie, ob der Körper für seine Größe leicht wie eine Feder oder schwer wie ein Stein ist.
Zerteilt man einen Körper, der gleichmäßig aus demselben Material zusammengesetzt ist, dann erhält man Teile mit anderen Massen, anderer Form und anderer Größe. Aber das Verhältnis der Masse M zum Volumen V, hat bei den Teilen denselben Wert wie bei dem ursprünglichen Körper. Die Dichte ist eine für das Material des Körpers charakteristische, von seiner Form und Größe unabhängige Eigenschaft. (Einflüsse: Temperatur, Druck,gelöste Stoffe)
Dichte (p) = M/V

Was ist die Dichteanomalie des Wassers?

Die Dichte der verschiedenen Substanzen nimmt so gut wie immer mit steigender Temperatur ab. Beim Schmelzen gibt es noch einmal eine sprunghafte Abnahme der Dichte, so dass Festkörper normalerweise spezifisch erheblich schwerer sind als ihre Schmelze und darin untergehen.
Nicht so beim Wasser. Zwar nimmt beim Abkühlen von heißem Wasser die Dichte zunächst mit abnehmender Temperatur zu, so wie bei anderen Stoffen auch. Bei etwa 4°C erreicht die Dichte des Wassers jedoch ein Maximum und nimmt von da an mit abnehmender Temperatur wieder ab. Beim Gefrieren gibt es noch einmal eine sprunghafte Abnahme der Dichte (s. Tabelle), ganz im Gegensatz zum Verhalten anderer Stoffe.

Wie ist diese Anomalie des Wassers zu erklären?

Grundsätzlich gilt für Wasser, wie für andere Stoffe auch, dass mit steigender Temperatur die Moleküle sich immer heftiger bewegen und dadurch immer mehr Platz beanspruchen. Deshalb dehnen sich die Stoffe mit steigender Temperatur gewöhnlich aus, ihre Dichte nimmt ab. Beim Schmelzen wird gar ein bis dahin geordnetes Kristallgitter, in dem die Moleküle Platz sparend angeordnet sind, aufgelöst, ein relativ ungeordneter "Haufen" Moleküle entsteht. Es ist ähnlich wie mit einer Anzahl Pakete: Ordentlich gestapelt nehmen sie weit weniger Raum in Anspruch als wenn man sie einfach auf einen Haufen wirft. Deshalb sind die meisten Stoffe im flüssigen Zustand spezifisch leichter als im festen.Wasser ist beweglich, da man beim Hereinfassen und Umrühren die Gitter zerstört, sich aber sofort neue Gebilde bilden. (zeigen am roten Modell)
Dadurch, dass Wasser auf unter 0°C abgekühlt wird, verändern sich die Atomgebilde. Die Wasserstoffbrücken (holzstäbe) brechen von den Molekülen ab und diese schließen sich jeweils wieder, jedoch in anderer Anordnung, mit 4 anderen Molekülen zusammen. Die Abstände sind also größer, da dadurch der Hohlraum zwischen den Moleküöen zunimmt,
denht sich das Eis allgemein aus. (Darstellung am Modell)
Damit ist die Dichte des Wassers im festen Zustand geringer als im flüssigen. Die größte Dichte wird bei 4 (genauer: 3.98) °C erreicht, danach bewegen sich die Moleküle wieder stärker, benötigen mehr Platz und somit sinkt die Dichte.



Handout:

Definition

Dichte (p): p= M/V Man kann sich die Dichte des Wassers so vorstellen, dass gleich viele
Möleküle unterschiedlich viel Platz beanspruchen.
/> Anomalie: "Unregelmäßigkeit" Bedeutet, dass es beim Wasser anders ist, als bei den
meisten anderen Stoffen.

Erklärung:

- Hohe Temperatur: starke Bewegung der Moleküle -> große Platzbeanspruchung
- Niedrigere T. : schwächrere Bewegung -> geringere Platzbeanspruchung.
- ca. 4°C : schwächste Bewegung der Moleküle: geringste Platzbeanspruchung.
- Niedrigere T. : Neubildung der Atomgebilde -> größerer Hohlraum -> größere
Platzbeanspruchung
-Niedrige T. : Größter Hohlraum der Atomgebilde -> größte Platzbeanspruchung

Auswirkungen:

Da Wasser bei 4°C "am schwersten" ist ist es am See-/ Meeresgrund ganz unten zu finden und wird in Richtung Wasseroberfläche je nachdem wärmer oder kälter. Deswegen können Fische auch im Winter die Minusgrade ganz unten am Boden des Weiers überwintern. Im Meer sind Fische, die niedrige Temeratur wollen, weiter unten zu finden als die, die sehr warmes Wasser benötigen.
Die Ausdehung von Wasser ist gut damit zu beschreiben, dass im Winter oftmals Wasserrohre durch den hohen Druck gesprängt werden oder die Zerkleinerung von Steinen


Anmerkungen zum Plakat:
Bei Punkt 3:
$°C kaltes wASSER SINKT AUF DEN bODEN DES SEES und wird im sommer bzw meer nach oben hin wärmer im winter nach oben hin kälter deswegen überleben Fische am Seegrund.
Herbst: keine winde
Sommer nur obern winde-> wasser besonders warm
Ausdehnung von Eis: Platzen der Wasserrohre im Winter

4ter Punkt Tabellarische Darstellung

Modellbau von Holzstäben (Wasserstoffbrücken) und Knetekugeln (Molekple)

















Dieses Referat wurde eingesandt vom User: --Tinsche--




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