• vom 26.06.2017, 21:00 Uhr

Natur


Rätsel H2O

Wasser, dickflüssig wie Honig




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  • Wasser könnte aus zwei Flüssigkeiten bestehen, berichten Innsbrucker Forscher.

Innsbruck. (est) Ohne Wasser kein Leben auf Erden, doch das Grundelement gibt den Forschern Rätsel auf. Es unterscheidet sich von anderen Flüssigkeiten - vom Siedepunkt, ab dem es verdampft, bis hin zum Gefrierpunkt, ab dem es kristallisiert. Österreichische und schwedische Forscher fügen der Liste nun ein weiteres überraschendes Charakteristikum hinzu. Wasser könnte nämlich nicht nur aus einer, sondern aus zwei Flüssigkeiten bestehen, berichten sie im Fachjournal "PNAS".

Wasser hat seine höchste Dichte bei Normaldruck bei vier Grad Celsius. Deshalb frieren Seen von der Oberfläche her zu und das leichtere Eis schwimmt. Weiters kann das Element bei sehr niedrigen Temperaturen sowohl eine niederdichte als auch eine hochdichte Eis-Form einnehmen. Es entstehen zwei Arten von Festkörpern, in denen die Atome unregelmäßig angeordnet (amorph) sind - im Gegensatz zur Anordnung in Kristallen um den Nullpunkt herum.


Wie Studienautor Thomas Lörting vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck bereits 2013 nachwies, können beide amorphe, glasartige Eis-Festkörper bei tiefen Temperaturen zu einer Flüssigkeit werden, "die noch zähflüssiger als Honig ist".

Bewegung bei minus 150 Grad
Nun aber zeigte sich, dass die Moleküle ab minus 150 Grad nicht etwa stocksteif gefroren sind, sondern sich relativ schnell bewegen. "Das ist etwas, was man bei so tiefen Temperaturen eigentlich nicht kennt", erläutert Lörting.

Um herauszufinden, ob sich die Moleküle einfach an ihrem festen Platz drehen oder tatsächlich - wie bei einer Flüssigkeit - zu wandern beginnen, untersuchte das Team stark unterkühltes Wasser mit Hilfe eines extrem gebündelten Röntgenstrahls. Bei minus 200 Grad Celsius zeigte hochdichtes amorphes Wasser kaum Bewegung. Das änderte sich jedoch ab minus 163 Grad. "Wir konnten als Bewegungsraum eines Moleküls 50 Nanoquadratmeter pro Sekunde bestimmen, was typisch ist für eine zähe Flüssigkeit", erklärt Lörting.

Je wärmer das Wasser wurde, desto schneller wurde die Bewegung. Bei knapp minus 140 Grad Celsius "verändert sich die Probe plötzlich massiv. Die Atome ordnen sich um, die Probe wird um 25 Prozent voluminöser - die Dichte nimmt um 25 Prozent ab." Es finde der Übergang vom hochdichten zum niederdichten Zustand statt. Die Wassermoleküle wandern, sie rotieren nicht nur.

"Das ist für uns der Beweis, dass es einen Übergang zwischen zwei verschiedenen Flüssigkeiten von Wasser gibt, die sich durch die Dichte unterscheiden", so Lörting. Bekannt sei dieses Verhalten nur von Wasser und Öl - dass es auch für lediglich Wasser gelten könnte, sei "ganz neu." Trifft es zu, würden die beiden Zustände auch im Leitungswasser vorliegen, jedoch lasse sich dies bei Raumtemperatur nicht nachweisen.




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Dokument erstellt am 2017-06-26 16:22:03



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