Warum schwimmen Eiswürfel im Wasser – Ursache und Bedeutung
Warum schwimmen Eiswürfel im Wasser?
Man könnte annehmen, dass diese leichter sind – als Wasser.
Aber die gleiche Frage gilt natürlich auch für Eisberge.
Warum schwimmen Eisberge im Meer oder Eis auf einem See?
Oder warum frieren Fische nicht ein?
Dieses Phänomen hat es etwas mit einer ganz besonderen Eigenschaft des Wassers zu tun.
Inhalt
Eis schwimmt, weil es gefrorenes Wasser ist
Und Wasser oder auch H2O besteht aus Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O).
Besonders ist…
Wenn sich zwei Wassermoleküle nähern, gehen diese eine Bindung ein.
Man nennt dies Wasserstoffbrücke.
Dazu solltest du wissen, dass Wasserstoff eine positive Ladung hat.
Der Sauerstoff hat eine negative Ladung.
Unterschiedliche Ladungen ziehen sich gegenseitig an und es kommt zu einer Verbindung.
Somit ziehen sich 2 x Wasserstoff und einmal Sauerstoff – in einem Wassermolekül (H2O) gegenseitig an.
Aber nicht nur das.
Denn H2O zieht wiederum anderes H2O an.
Und so geht’s…
Bei der Wasserstoffbrücke zieht das positive Wasserstoff-Atom (H2) des ersten Wasser-Moleküls, das Sauerstoff-Molekül des anderen Wassermoleküls an.
Dies liegt einfach daran, dass bei zweimal Wasserstoff und nur einmal Sauerstoff, natürlich auch die negative Ladung überwiegt.
Also sucht die positive Ladung wieder negative Ladung zum Anziehen.
Und dieser Vorgang findet ständig statt.
Also existieren im Wasser sämtliche Wasserstoffbrücken zwischen den unterschiedlichen Wassermolekülen.
Als Brücken sind hier Anziehungskräfte gemeint.
Zwischen Brücken ist allgemein immer viel Platz.
Und beim Wassermolekül ist dies ebenfalls so.
Denn die Ladungen ziehen sich innerhalb des Moleküles ständig an.
Und auch von allen Seiten ringsherum wird gezerrt.
Somit sind alle ständig hin- und hergerissen, wodurch Raum entsteht.
Jetzt kommt Kälte ins Spiel.
Normalerweise ziehen sich Stoffe zusammen, wenn sie kälter werden.
Beim Wasser ist dies anders, es zieht sich zuerst zusammen – um dann wieder auseinander zu driften.
Eis dehnt sich aus, sagt man.
Und bei 4 Grad hat Wasser die größte Dichte.
Das bedeutet, dass es das kleinste Volumen bei gleichbleibendem Gewicht hat.
Mal ganz praktisch am Beispiel…
Du hast eine Tonne Wasser.
Wenn du diese abkühlst auf 4 Grad – Dann ist das Volumen (Länge x Breite x Höhe) am geringsten.
Erhitzt du es wieder oder bringst es zum Gefrieren, wird das Wasservolumen immer größer.
Deshalb platzen gefrorene Wasserflaschen oder Regentonnen im Winter.
Das Eis dehnt sich aus oder kochendes Wasser schwappt über.
Dadurch ist das Wasser, sobald es zu Eis wird, sehr weiträumig in seiner Struktur.
Dies macht Wasser zu einer einzigartigen Flüssigkeit.
Man nennt dieses Phänomen – die Dichteanomalie des Wassers.
Bei gleichem Volumen ist Eis leichter als Wasser.
Denn durch den vielen Platz, innerhalb der Innenstruktur – ist viel Zwischenraum.
Wie ich schon schrieb…
Wenn du Eis und Wasser vergleichen würdest, wäre Wasser viel dichter als Eis.
Denn die Dichte ist das Verhältnis zwischen Gewicht und Volumen eines bestimmten Körpers oder Stoffes.
Und sobald das Gewicht gleich bleibt, das Volumen abnimmt – spricht man von größerer Dichte.
Dies hätten wir bei 4 Grad Wassertemperatur.
Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus.
Dadurch bleibt das Gewicht gleich, aber das Volumen nimmt wieder zu.
Somit nimmt die Dichte bei Eis, gegenüber Wasser, wieder ab.
Als Merksatz zur Dichte könnte passen…
Sobald Eis gefriert, nimmt es an Volumen zu.
Somit liegen die Atome nicht mehr so dicht beieinander.
Das heißt, dass die Dichte abnimmt oder die Weite zunimmt.
Und dadurch, dass Wasser viel dichter ist als Eis – hat es der Eiswürfel oder der Eisberg leicht.
Dadurch, dass er oben mit breiterer Fläche aufliegt – verdrängt er mehr Wassermasse, als er selbst wiegt.
Denn bedenke…
Das Volumen des verdrängten Wasser muss schließlich nur gleichgroß sein, wie die des Eisberges oder des Eiswürfels.
Denn durch die Dichteverhältnisse ist das Wasser bei gleichem Volumen insgesamt immer schwerer.
Jetzt kommt der Auftrieb bzw. die Auftriebskraft vom Wasser ins Spiel.
Umgebendes Wasser, welches gegen den Eiswürfel oder den Eisberg drückt – hat eine gewisse Kraft.
Diese Kraft hat etwas mit dem verdrängten Wasser und dessen Gewicht zu tun.
- Wird viel Wasser verdrängt – wird stärker gegen das Objekt gedrückt.
- Und wenn weniger Wasser verdrängt wird, nimmt die Auftriebskraft bzw. der Gegendruck ab.
Am Beispiel einer Autotür unter Wasser wird dies deutlich.
Zwar wirst du dies sicherlich noch nie selbst ausprobiert haben, oder?
Doch jeder weiß, dass man eine Autotür unter Wasser nicht öffnen kannt.
Das Gewicht des Wassers, welches verdrängt werden muss – ist einfach zu groß.
Und die Auftriebskraft nutzt dies zur Grundlage.
Ein Körper im Wasser wird aufgetrieben bzw. an der Oberfläche gehalten, weil Wassermassen von allen Seiten drücken.
Fazit: Warum schwimmt Eis nun oben?
Das war eine Menge, oder?
Hier nochmal kurz die Zusammenfassung:
Im Wasser wirken Gegenkräfte, welche abhängig sind von der verdrängten Wassermasse.
Dadurch, dass die Wassermassen an allen Seiten wirken – entsteht Auftrieb und der Körper wird nach oben gedrückt.
Um den Körper über Wasser zu halten, muss der Körper selbst leichter sein – als die verdrängte Wassermasse.
Aufgrund dessen, dass sich gefrorenes Eis ausdehnt – besitzt es eine geringere Dichte als Wasser.
Und dies bewirkt, dass Eis leichter ist als Wasser und oben schwimmt.
Also ist das Eis doch leichter als Wasser?
Ja – das Eis, welches oben schwimmt ist leichter – als das Wasser, welches es verdrängt.
Dieses Naturgesetzt ist extrem wichtig.
Denn ansonsten würde ein See nicht von oben nach unten frieren.
Ganz oben ist also das Wasser bzw. Eis mit der geringsten Dichte.
Und ganz unten im See findest du Wasser mit der höchsten Dichte.
Nur diesem Umstand haben wir es zu verdanken, dass Fische am Teichboden nicht einfrieren oder Eisberge schwimmen.
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