Was passiert eigentlich genau, wenn Wasser gefriert?

Question

Wasser ist H2O, das ist wohl bekannt.
Aber was sind Wasserdampf und Wassereis? Was erzeugt die Starre oder gleichmäßig gasförmige Verteilung?
Was genau bestimmt die Härte und das Volumen bei unterschiedlichen Temperaturen? Ist die Formel denn immernoch H2O? Wie stehen diese Fragen in Bezug zu anderen Stoffen (z.B. Eisen)?
Da ich nie Chemie studiert habe, bitte ich um eine für jedermann verständliche Antwort. Danke.

Answer 1

Wasser, Wassereis und Wasserdampf sind drei Aggregatzustände des Wassers, die abhängig von der Temperatur existieren!

Temperartur könnte man auch als die "kinetische" Energie von Teilchen (hier H2O- Moleküle) bezeichnen!

Je schneller sich die Teilchen bewegen, desto wärmer ist es!

Wenn es kalt ist, hängt jedes Wassermolekül fest in einem Kristallgitter aus anderen Wassermolekülen, diese sind untereinander über sog. Wasserstoffbrücken verbunden, d.h., die H-Atome hängen nicht nur an ihrem "eigenen" Sauerstoff, sondern auch ein Bisschen am O-Atom eines anderen Wassermoleküles! Das ist dann Eis!

Wenn es wärmer wird, bewegen sich die Teilchen schneller, manche Wasserstoffbrücken reissen, und Eis wird flüssig, weil eben nicht mehr soviele Bindungen vorhanden sind!Das ist Wasser!

Wenn es noch wärmer wird, beginnen Gruppen von noch zusammenhängenden Wassermolekülen, den "Verband" (Wasser) zu verlassen, sie bewegen sich so schnell, dass sie "schweben", der "Verband Wasser" löst sich auf, das ist dann Wasserdampf!

Für Laien reicht das, Zustandsdiagramme, Dampfdruckkurven etc. spare ich uns, Physiker und Chemiker nicht schimpfen, ich weiß um die Vereinfachungen!

Eisen ist auch ein Kristallgitter, wie Eis, allerdings ohne Wasserstoffbrücken, hier sind sog. Metallbindungen der Grund für den Zusammenhalt!

Generell werden Härte und Volumen von der Art der jeweiligen Bindungen zwischen den Atomen oder Molekülen und der herrschenden Temperatur (=Bewegungsdrang der Moleküle/Atome) bestimmt!

Grüße, Andreas!

Answer 2

.. wie bewegung zwischen den h2o molekülen wird immer geringer und irgend wann ist sie so gering das der zustand des gefrorenen wassers = eis entstanden ist ..

Answer 3

H2O bleibt in jedem der drei Aggregatszustände (fest, flüssig, gasförmig) H2O.
Grundsätzlich besteht damit überhaupt kein Unterschied zu reinen Elementen wie z.B. Eisen.

Im Grundsatz wird die Ausdehnung mit zunehmender Wärme immer grösser, wobei Wasser als einzige (?) bekannte Verbindung unter 4 Grad Celsius an Volumen zulegt und sich beim Gefrieren um mehr als 5% ausdehnt.

Answer 4

Das faszinierendste am Wasser ist immer noch seine Dichte-Anomalie: Ab einer Temperatur von 4 Grad Celsius fängt es an, sich auszudehnen, und weigert sich, zu gefrieren, bis die Temperatur null Grad Celsius erreicht hat. (Die Celsius-Skala wurde nach dem Gefrierpunkt des Wassers festgelegt.)

Was dabei auftritt, ist, dass Eis oben auf Tümpeln und Teichen schwimmt, und dass den ganzen Winter hindurch die tiefste Wasserschicht in den meisten Seen eine Temperatur von 3 bis 4 Grad behält. Das hat es unseren Vorfahren, den kiemenatmenden Sauriern, erlaubt, zu überleben. Hätte Wasser nicht diese faszinierende Eigenschaft, wären wir vermutlich nicht hier. Und mit Fischessen würd's auch ganz schlecht aussehen.

So, jetzt kommt das komische an der Geschichte: Man kann Wasser als Summenformel H2O definieren, oder in der Strukturformel als bipolare Substanz (kann ich hier nicht darstellen); aber diese Dichte-Anomalie, die lässt sich weder chemisch noch physikalisch begründen. Fest steht nur, dass ohne diese Eigenschaft des Wassers, Leben auf der Erde unmöglich gewesen wäre.

Es ist schon faszinierend, welche seltsamen Eigenschaften ein einfaches Molekül aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoff-Atomen haben kann.

Für mich genauso faszinierend ist auch, dass wir Menschen zwei Gifte zum Überleben brauchen: Natrium und Chlor. NaCl, Salz. Verzichte drei Wochen drauf, und du bist tot.

Answer 5

Es geht von einen fluessigen Gegenstand zu einen festen
Gegenstand ueber

Answer 6

Es bildet sich eine Gitterstrucktur aus, die sehr belastbar ist, wie man es von genügend dicken Eisflächen kennt. Glücklicherweise wird es dadurch leichter, d. h. es füllt mehr Raum aus, als das Wasser, das gefroren ist. Es schwimmt also oben, und wir können uns darauf vergnügen.