Super-Lösungsmittel
Wasser kommt dem wohl am nächsten, was wir als ein „universelles Lösungsmittel“ bezeichnen würden. Viele Mineralien und Vitamine können nach der Lösung in Wasser durch den ganzen Körper transportiert werden. Gelöste Natrium- und Kalium-Ionen sind für Nervenimpulse essentiell. Wasser löst auch Gase, wie z. B. den Sauerstoff aus der Luft, sodass im Wasser lebende Tiere den Sauerstoff nutzen können. Wasser, das ein wichtiger Bestandteil des Blutes ist, löst auch Kohlendioxid – ein Abfallprodukt aus der Energieproduktion in allen Zellen – und transportiert es zur Lunge, wo es ausgeatmet wird.
Allerdings wäre ein wirklich universelles Lösungsmittel nicht sinnvoll, weil es dann in keinem Behälter gespeichert werden könnte! Nun wird Wasser durch ölhaltige Verbindungen abgestoßen, deshalb bestehen die Membranen in unseren Zellen daraus. Viele unserer Proteine haben teilweise ölhaltige Bereiche, die zum Zusammenfalten neigen, aber vom umgebenden Wasser abgestoßen werden. Das ist einer der Gründe, warum es so viele und vielfältig geformte Proteine gibt. Diese Formen sind unerlässlich für lebenswichtige Funktionen.
Einblick ins Eis
Eine lebenswichtige und sehr ungewöhnliche Eigenschaft von Wasser ist, dass es sich ausdehnt, wenn es gefriert – im Gegensatz zu den meisten anderen Substanzen. Deshalb schwimmen Eisberge an der Wasseroberfläche. Beim Abkühlvorgang zieht sich Wasser ganz normal zusammen, bis es 4 °C erreicht. Danach dehnt es sich wieder aus. Das bedeutet, dass eiskaltes Wasser eine geringere Dichte hat und daher aufsteigt. Dies ist sehr wichtig. Die meisten Flüssigkeiten, die kalter Luft ausgesetzt sind, würden abkühlen und die kalte Flüssigkeit würde absinken, sodass die wärmere Flüssigkeit aufsteigen und durch die Luft abgekühlt werden würde. Schließlich würde die ganze Flüssigkeit ihre Wärme an die Luft verlieren und einfrieren, bis alles komplett von unten bis nach oben gefroren wäre. Aber beim Wasser bleibt der kalte Teil, der eine geringere Dichte hat, an der Oberfläche, sodass der wärmere Teil unten bleibt und seine Wärme nicht an die Luft verliert. Dies bedeutet, dass die Oberfläche gefroren sein kann, aber unten im Wasser Fische leben können. Wenn aber das Wasser so wie andere Substanzen wäre, würden große Gewässer, wie z. B. die Großen Seen (Great Lakes) Nordamerikas, komplett durchfrieren, mit schlimmen Auswirkungen auf das gesamte Leben auf der Erde.
Warum ist Eis so rutschig?
Viele Menschen mögen Wintersportarten wie Schlittschuhlaufen und Skifahren. Was macht das Eis denn so rutschig, so dass diese tollen Freizeitbeschäftigungen möglich sind? Viele glauben, dass es von dem Druck kommt, der das Eis schmelzen lässt und eine Schmierflüssigkeitsschicht bildet. Zwar ist es in der physikalischen Chemie bekannt, dass Druck dazu beiträgt, die Substanz zu bilden, die das geringste Volumen einnimmt. Daher begünstigt Druck die Bildung von Wasser aus Eis (Schmelzen), so dass sein Schmelzpunkt dabei abnimmt. Aber der Effekt ist deutlich kleiner, als viele Leute denken – ein etwa 100-facher normaler Luftdruck senkt den Schmelzpunkt um nur ein Grad Celsius. Also kann dieser Effekt auf keinen Fall für das Schlittschuhlaufen verantwortlich sein, und sicherlich auch nicht für das Skifahren, wo der Druck noch weit geringer ist.
Genauso wenig konnte der Druck dazu führen, dass [abgestürzte] Flugzeuge Eis aufschmelzen und 75 Meter einsinken. Der wahre Grund ist eine weitere ungewöhnliche Eigenschaft des Wassers: die Moleküle auf der Oberfläche des Eises vibrieren viel stärker als in Festkörpern üblich, ihre Position ändern sie dabei jedoch nicht. Dies gibt der Oberfläche einen „quasiflüssigen“ Charakter, d.h. flüssigähnlich, aber nicht flüssig.