Wassermolekül
Wasser ist für uns Menschen lebensnotwendig. Aus was Wasser besteht, wie das Wassermolekül aufgebaut ist und was seine besonderen Eigenschaften sind, erklären wir dir hier im Beitrag oder in unserem Video!
Inhaltsübersicht
Wassermolekül einfach erklärt
Das Wassermolekül besteht aus drei Atomen:
- einem Sauerstoffatom (O)
- und zwei Wasserstoffatomen (H).
Deshalb lautet die Formel für Wasser: H2O.
Im Wassermolekül ist das Sauerstoffatom mit jeweils einem Wasserstoffatom über eine sogenannte Elektronenpaarbindung, auch kovalente Bindung genannt, verknüpft. Das bedeutet hier, dass sich das Sauerstoffatom (O) und jeweils ein Wasserstoffatom (H) zwei Elektronen ’teilen’. Es bildet sich also ein ‚Paar‘ aus zwei Elektronen.
Im Wassermolekül hat das Sauerstoffatom (O) einfach gesagt mehr Kraft und zieht die Elektronen eher zu sich. Dabei entsteht am Sauerstoffatom eine negative Ladung, an den Wasserstoffatomen (H) eine positive. Das bezeichnest du als Dipol, also zwei räumlich getrennte Pole.
Aufbau eines Wassermoleküls
Wasser hat die Summenformel H2O. Du kannst den Aufbau eines Wassermoleküls am besten anhand seiner Strukturformel veranschaulichen. Die Strukturformel von Wasser sieht folgendermaßen aus:
Schaust du dir die Struktur eines Wassermoleküls an, fällt dir folgendes auf: Das Wassermolekül ist gewinkelt. Dabei beträgt der Winkel zwischen beiden OH-Bindungen ungefähr 104,5 Grad (°).
Das Molekül bildet eine gewinkelte Struktur, da das Sauerstoffatom zwei freie Elektronenpaare hat, die Platz benötigen. Du kennzeichnest ein freies Elektronenpaare in einer Strukturformel immer als Strich über dem dazugehören Atom. Hier sind das also zwei Striche beim Sauerstoff.
Wassermolekül als Dipol
Im Wassermolekül binden sich zwei Wasserstoffatome (H) an ein Sauerstoffatom (O). Dabei entsteht eine Elektronpaarbindung. Du kannst dir hier vorstellen, dass beide Atome jeweils an den bindenden Elektronen ziehen, in etwa wie beim Tauziehen. Die sogenannte Elektronegativität (EN) sagt nun aus, wie stark ein Element die Bindungselektronen in seine Richtung ziehen kann.
Beim Wasser sieht das so aus:
- Die Elektronegativität von Sauerstoff beträgt 3,5.
- Die Elektronegativität von Wasserstoff ist 2,1.
Sauerstoff ist also elektronegativer als Wasserstoff. Das bedeutet, dass das Sauerstoffatom die beiden Elektronen in einer Bindung stärker zu sich hinzieht. Das hat zur Folge:
- Am Sauerstoffatom bildet sich eine negative Teilladung (Partialladung). Du kennzeichnest sie mit δ– ( ’delta minus’)
- Das Wasserstoffatom hat hingegen eine positive Teilladung. Sie gibst du mit δ+ ( ’delta plus’) an.
Da sich die Elektronegativitätswerte von Sauerstoff und Wasserstoff unterscheiden, entsteht dabei eine sogenannte polare Atombindung.
Das Wassermolekül ist zudem gewinkelt. Deshalb entsteht ein negativer Ladungsschwerpunkt beim Sauerstoff und ein positiver beim Wasserstoff. Du bezeichnest Wasser deshalb auch als Dipol („zwei Pole“) bzw. Dipolmolekül.
Wassermolekül: Wasserstoffbrückenbindung
Einzelne Wassermoleküle können miteinander wechselwirken. Das liegt daran, dass das Wassermolekül ein Dipol ist, also zwei unterschiedliche Ladungsschwerpunkte hat. Wie du vermutlich weißt, ziehen sich unterschiedliche Ladungen gegenseitig an.
Das funktioniert beim Wassermolekül einfach gesagt so: Das positive Ende eines ersten Moleküls, verbindet sich mit dem negativen Ende eines zweiten. Eines der Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom ziehen sich also gegenseitig an.
Die Anziehungskraft, die dabei entsteht, nennst du Wasserstoffbrückenbindung . Du kennzeichnest sie häufig als gestrichelte Linie.
Jedes Wassermolekül kann mit bis zu vier weiteren Wassermolekülen eine solche Bindung eingehen. Im festen Aggregatzustand , also bei Eis, entstehen dabei sechseckige Kristallstrukturen.
Wichtig: Bei der Wasserstoffbrückenbindung handelt es sich um keine echte chemische Bindung, sondern um eine zwischenmolekulare Wechselwirkung . Sie ist also deutlich schwächer als die kovalente Bindung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff.
Eigenschaften des Wassers
Aufgrund des Dipolcharakters des Wassermoleküls und den daraus entstehenden Wasserstoffbrückenbindungen, ergeben sich besondere Eigenschaften für Wasser:
- hoher Siedepunkt : Es ist relativ viel Energie notwendig, die starken Kräfte zwischen den Wassermolekülen zu lösen.
- Aggregatzustand bei Raumtemperatur: Im flüssigen Wasser bilden sich Verbände aus vielen Wassermolekülen, sogenannte Cluster. Sie werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Ohne die Kräfte wäre Wasser bei Raumtemperatur gasförmig.
- Oberflächenspannung : Sie führt dazu, dass Wasser Tropfen bilden kann und der Wasserläufer auf dem Wasser gehen kann.
- Dichteanomalie des Wassers: Festes Eis ist leichter als flüssiges Wasser, seine Dichte ist also geringer.
Du siehst also, dass die Polarität von Wasser für viele seiner außergewöhnlichen Eigenschaften zuständig ist.
Mehr über das Phänomen der Dichteanomalie von Wasser und warum sie in der Natur eine lebensnotwendige Rolle spielt, erklären wir dir hier im Video .
