Wasser blei gleicher Temperatur flüssig und fest

Mitarbeiter des zum Nationalen Forschungsrat CNR gehörenden Istituto Nazionale di Ottica haben eine wichtige Entdeckung über die physikalischen Eigenschaften von Wasser gemacht. In einen Behälter gefüllt, nimmt es zwei unterschiedliche Aggregatzustände an.

Schwer kalkulierbares Element

„Mithilfe eines ultraschnellen Laserspektroskops haben wir festgestellt, dass Wasser im flüssigen Zustand einerseits eine dem Eis ähnliche Struktur und andererseits eine etwas ungeordnetere Form annimmt“, erläutert Projektleiter Roberto Eramo. Diese Doppelnatur mache Wasser zu einem mit mathematischen Modellen nur schwer kalkulierbaren Element und liefere eine plausible Erklärung für die von den anderen Flüssigkeiten abweichenden Eigenschaften.

„Die Bindung der Wasserstoffmoleküle untereinander, die einige Eigenschaften wie das Schwimmen von Eis an der Wasseroberfläche zur Folge haben, bewirkt im Innern der Wassermassen eine festkörperähnliche räumliche Struktur“, so Eramo. Dies allerdings mit dem Unterschied, dass die Dauer dieses Aggregatzustandes nur eine billionste Sekunde beträgt. Die Bedeutung dieser Übergangsstrukturen steigt mit sinkender Temperatur, wenn die Wasserstoffbindung im Verhältnis zur Wärmebewegung der Moleküle immer stärker wird.

Unterschiedliche Wasserformen

Die italienischen Forscher haben Wasser mit einem besonders hohen Reinheitsgrad verwendet, um damit einen als „unterkühlte Flüssigkeit“ bekannten Aggregatzustand zu erreichen. Obwohl es bis auf minus 28 Grad heruntergekühlt wurde, blieb der Flüssigzustand erhalten. „Dabei konnten wir zwei hinsichtlich Dichte und Raumverteilung unterschiedliche Wasserformen beobachten“, sagt Eramo.

Laut dem Experten hat sich mit dem Experiment erstmals eine vor 15 Jahren entwickelte Theorie experimentell bestätigt. Die Studie war in enger Zusammenarbeit mit dem Laboratorio Europeo di Spettroscopie Non Lineari http://lens.unifi.it und der Universität von Florenz http://unifi.it durchgeführt worden. Einzelheiten sind in der Zeitschrift Nature Communications http://nature.com/ncomms nachzulesen.