Beim Gefrieren ordnen sich Wassermoleküle in einem offenen Muster an. Dieselbe Wassermenge braucht dadurch mehr Platz. Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser und schwimmt.
Du gibst einen Eiswürfel in ein Glas Wasser. Er taucht kurz ein, kommt hoch und bleibt an der Oberfläche. Der Würfel besteht aus demselben Stoff wie das Wasser darunter. Der Unterschied liegt darin, wie seine winzigen Bausteine angeordnet sind.
Dichte heißt: Wie viel steckt drin?
Stell dir zwei gleich große Schachteln vor. Eine ist dicht mit Bausteinen gefüllt, in der anderen liegen nur wenige. Die volle Schachtel enthält mehr Masse im selben Raum. Genau diese Beziehung beschreibt die Dichte: Masse pro Volumen.
Ob etwas in Wasser schwimmt, hängt unter anderem von seiner durchschnittlichen Dichte ab. Ein Stoff mit geringerer Dichte als Wasser kann schwimmen. „Fest“ bedeutet also nicht automatisch „geht unter“, und „schwer“ allein ist keine ausreichende Erklärung.
Wasser lässt beim Gefrieren Lücken
Im flüssigen Wasser bewegen sich die Moleküle und verändern ständig ihre Nachbarschaften. Beim Gefrieren bilden sie durch Wasserstoffbrücken ein geordnetes, vergleichsweise offenes Muster. Diese Brücken sind Anziehungen zwischen Molekülen, keine zusätzlichen festen Stäbe.
Im gewöhnlichen Eis liegen die Moleküle im Durchschnitt weiter auseinander als im flüssigen Wasser. Dieselbe Masse nimmt mehr Raum ein. Die Dichte sinkt, und das Eis kann an der Oberfläche bleiben. Viele andere Stoffe werden beim Erstarren dagegen dichter.
Warum schaut nur ein Stück heraus?
Wasser drückt einen eingetauchten Körper nach oben. Diese Kraft heißt Auftrieb. Ein schwimmender Eiswürfel sinkt so weit ein, bis dieser Auftrieb sein Gewicht ausgleicht. Weil die Dichten von Eis und Wasser recht ähnlich sind, liegt der größte Teil des Würfels unter Wasser.
Dass Eis schwimmt, hilft auch Seen im Winter: Sie frieren normalerweise von oben zu. Unter der Eisdecke kann flüssiges Wasser bleiben. Der scheinbar kleine Unterschied zwischen Eis und Wasser verändert also ganze Lebensräume.
Der Würfel im Glas
- Fülle ein durchsichtiges Glas mit Leitungswasser.
- Lege einen Eiswürfel hinein und schau von der Seite auf die Wasserlinie.
- Vergleiche, wie viel Eis oberhalb und unterhalb der Oberfläche liegt. Beobachte es beim Schmelzen.
Frieren lassen nur in offenen, geeigneten Eiswürfelformen. Keine verschlossene Glasflasche einfrieren: Wasser dehnt sich aus.
Zum Mitnehmen
Eis enthält dieselbe Masse in mehr Raum. Seine geringere Dichte lässt es auf flüssigem Wasser schwimmen.
Was passiert mit dem Platzbedarf von Wasser beim Gefrieren?
Quellen & Weiterlesen
USGS Water Science School · Water Density ↗OpenStax Biology 2e · Water ↗OpenStax University Physics · Archimedes’ Principle and Buoyancy ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
