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Physik · Wärmelehre
Warum Wasser bei 4 °C am dichtesten ist und sich beim Gefrieren um etwa 9 % ausdehnt, warum Eis schwimmt und Seen von oben zufrieren. Dazu geplatzte Rohre und der Schmelzpunkt unter Druck.
Wasser ist bei etwa 4 °C am dichtesten und hat dort sein kleinstes Volumen. Darunter dehnt es sich aus: Eis ist leichter als flüssiges Wasser und schwimmt.
Fast alle Stoffe werden beim Abkühlen immer dichter. Wasser nur bis etwa 4 °C (genau 3,98 °C), darunter wird es wieder weniger dicht.
| Vorgang | Dichte | Volumen |
|---|---|---|
| 20 °C → 4 °C | steigt | sinkt |
| 4 °C → 0 °C, flüssig | sinkt | steigt |
| Gefrieren bei 0 °C | sinkt stark | steigt um etwa 9 % |
Wassermoleküle haften über Wasserstoffbrücken aneinander. Unter 4 °C ordnen sie sich zunehmend zu einem lockeren Netz mit Hohlräumen, das Volumen wächst schon im flüssigen Zustand. → Ausführlich in:
Bei 0 °C erstarrt das Wasser zum starren, hexagonalen Eisgitter mit großen Hohlräumen. Das Volumen steigt um etwa 9 %, die Dichte sinkt auf etwa 0,92 g/cm³.
Gewässer frieren also von oben nach unten zu, und Eis schwimmt, weil seine Dichte unter der des Wassers liegt.
Bei Normaldruck (1013 hPa) liegen Schmelz- und Siedetemperatur von reinem Wasser bei 0 °C und 100 °C. Dort liegen zwei Phasen nebeneinander vor, und zugeführte Wärme ändert nur ihren Anteil, nicht die Temperatur. → Ausführlich in: Aggregatzustände der Materie
Interaktives Phasenmodell
Deine AufgabeFahre von −20 °C bis 120 °C. Halte bei 0 °C und 100 °C an und erhöhe dort den Anteil: Warum steigt die Temperatur nicht, obwohl Wärme zugeführt wird?
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeFahre T zwischen 0 und 30 °C und lies ab: Bei welcher Temperatur ist flüssiges Wasser am dichtesten?
