Anomalien des flüssigen Wassers

Abstract

Bei tiefen Temperaturen (T < 300 K) zeigt flüssiges Wasser viele ungewöhnliche physikalisch-chemische Eigenschaften, die durch die starke Direktivität der Wasserstoffbrückenbindung und die damit verbundene energetische Bevorzugung einer tetraedrischen Nahordnung mit schlechter Raumausfüllung verursacht werden. Diese Anomalien werden im metastabilen Bereich unterhalb der Schmelzdruckkurve wesentlich ausgeprägter. Im vorliegenden Beitrag werden die Experimentalbefunde anhand der neueren Theorien diskutiert und mit den Ergebnissen von Computer-Simulationen am kalten Wasser verglichen. Die Anomalien des Wassers, die sich z. B. im Dichtemaximum der flüssigen Phase oder in der Abnahme der Viskosität mit dem Druck manifestieren, sind auf den Bereich T < 300 K und p ≲ 200 MPa beschränkt. Bei diesen Drücken zeigt das unterkühlte Wasser mit fallender Temperatur ein ungewöhnliches Verhalten: Alle isobaren Eigenschaften deuten auf einen Phasenübergang bei T ≈ (TK − 50 K), dessen physikalische Natur noch nicht eindeutig beschrieben werden kann. Dieses Phänomen ist bis jetzt ausschließlich im flüssigen Wasser beobachtet worden. – Künftig wird man unterkühlte wäßrige Lösungen für kinetische Untersuchungen verwenden und dadurch den zugänglichen dynamischen Bereich der Untersuchung wäßriger Lösungen erheblich erweitern können.