Chemische Struktur von Wasser

Eingestellt von am 11.04.2013
wasser_01

Willkommen zum ersten Teil unserer Reihe „Wasser ist Leben“.

In diesem ersten und im darauf folgenden zweiten Teil wird es um die chemischen Grundlagen gehen, auf Basis derer das „Phänomen“ Wasser (besser) verstanden werden kann. Nicht umsonst suchen Wissenschaftler, wann immer sie auf der „Suche nach Leben“ sind, zuerst nach Spuren von Wasser …

Der Grund: Alle (bio-)chemischen Reaktionen, die das Leben in Mensch, Pflanze und Tier unterstützen, finden mit Hilfe von Wasser statt. Wasser ist dabei nicht nur passives Reaktionsmedium, sondern oftmals aktiver Bestandteil der Reaktionen.

Wir beginnen beim Unteilbaren: dem Atom.

Struktur der Atome

Im Folgenden beschränken wir uns auf das Wesentliche. Versprochen.

Hier also die Atomstruktur im Schnelldurchlauf:

  • Jedes Atom besteht aus grundsätzlich zwei Bestandteilen, dem Atomkern im Zentrum und der Elektronenhülle, d.h. den Elektronen, die sich um den Kern herum bewegen.
  • Der Atomkern besteht aus elektrisch positiv geladenen Protonen und neutralen Partikeln, den Neutronen. Da jedes Proton eine positive Ladung trägt, ist der Atomkern immer positiv geladen.
  • Elektronen sind negativ geladene Teilchen, die den Atomkern in mehreren „Schalen“, d.h. Abständen zum Atomkern umkreisen.

Soweit. So gut.

Und jetzt noch das Reaktionsverhalten im Schnelldurchlauf:

  • Die erste, d.h. die zum Atomkern nächst gelegene Schale besteht aus maximal 2 Elektronen. Mehr geht nicht.
  • Die zweite und dritte Schale aus maximal 8 Elektronen („Oktettregel“).
  • Jedes Atom hat den „Wunsch“, seine äußerste Schale zu komplettieren, d.h. mit der maximalen Anzahl von 8 Elektronen zu füllen. Die Elektronen dieser äußersten Schale – Valenzelektronen genannt – bestimmen den Charakter des Atomes, weil sie und nur sie für chemische Reaktionen von Belang sind!
  • Eine Bindung zwischen 2 Atomen entsteht dadurch, dass sie die Elektronen in ihrer äußersten Schale, die Valenz- oder Außenelektronen, gemeinsam nutzen!

Es gilt: Die Anzahl der negativ geladenen Elektronen der Elektronenhülle entspricht immer der der positiv geladenen Protonen im Atomkern. Die Ladungen gleichen sich also aus. Die Folge: Das Atom als Ganzes ist nach „außen“ elektrisch neutral. Beides zusammen, Protonen- und Elektronenanzahl charakterisiert ein Atom und weist ihm seinen Platz im Periodensystem der Elemente zu.

Natürlich bleiben Atome in den seltensten Fällen elektrisch neutral. Immer dann, wenn ein Elektron aus der Umlaufbahn entfernt wird oder ein neues hinzu kommt, wechselt die Atomladung als Ganzes: Aus dem ehemals elektrisch neutralen wird ein positiv oder negativ „ionisiertes“ Atom.

Die Anzahl der Protonen im Atomkern bleibt davon unberührt. Sie kann nur durch eine Kernspaltung verändert werden …

Und nun zum Wasser.

Genauer: Zum Wassermolekül.

Das Wassermolekül

Die chemische Formel des Wassermoleküls kennt jeder. Sie lautet: H2O.

Ein Wassermolekül (H2O)  besteht aus 2 Atomen Wasserstoff und 1 Atom Sauerstoff.

Wasserstoff (H) enthält 1 Proton – und als einziges Elemente kein Neutron – im Atomkern und 1 Elektron in seiner Hülle. Wasserstoff ionisiert schnell, indem es sein einziges Elektron verliert. In diesem Fall wird aus dem neutralen Wasserstoff ein positiv geladenes H+.

Sauerstoff (O) enthält 8 Proton und 8 Neutronen im Atomkern sowie 8 Elektronen in der Atomhülle. 2 der Elektronen befinden sich auf der innersten Schale, 6 auf der äußersten. Diese 6 Valenzelektronen sind es, die die chemische Bindungsfähigkeit von Sauerstoff charakterisieren.

Verbindet sich 1 Sauerstoffatom (O) mit seinen 6 Valenzelektronen mit 2 Wasserstoffatomen (H), mit je 1 Valenzelektron, entsteht Wasser – genauer: 1 Wassermolekül (H2O). Dieses Wassermolekül verfügt nun über 8 Valenzelektronen auf der äußersten Schale – dank des Sauerstoffs, denn der Sauerstoff hat sich durch diese sog. „kovalente Bindung“ seinen sehnlichsten „Wunsch“ erfüllt: gemäß der Oktettregel hat er seine äußerste Schale mit 8 Valenzelektronen aufgefüllt.

Von einer „kovalenten Bindung“ („kovalent“ = gleichwertig) spricht man immer dann, wenn sich zwei Atome ein oder mehrere Elektronenpaare teilen.

Die Elektronegativität

Unter „Elektronegativität“ wird die Anziehungskraft verstanden, mit der Atomkerne an gebundenen Elektronen, den sog. „Bindungselektronenpaaren“ ziehen. Dabei spielt die Ladungsdichte eines Atoms, bestehend aus Atomradius und Protonenzahl, eine entscheidende Rolle. Es gilt: Je größer die Protonenzahl, also die positive Ladung im Atomkern, desto stärker zieht der Kern am negativen Bindungselektronenpaar. Je größer hingegen der Atomradius, d.h. der räumliche Abstand zwischen Atomkern und Bindungselektronenpaar, desto schwächer die Anziehung.

Beim Wasser gilt: Die Elektronegativität des Sauerstoffatoms ist fast doppelt so groß wie die des Wasserstoffatoms. 

Die Folge: Die gemeinsamen, das Wassermolekül „zusammenbindenden“ Elektronen werden dichter an den Sauerstoff gezogen. Am Sauerstoff entsteht also eine negative, am Wasserstoff hingegen eine positive Teilladung.

Lösungsmittel Wasser

Moleküle, die entgegengesetzt geladene Teilladungen besitzen, bezeichnet man als Dipole. Wasser ist aufgrund seines Elektronegativitätsunterschieds ein solch starker Dipol. Diese Polarität ist es, die Wasser zu einem universellen Lösungsmittel macht.

Als Lösung wird jedes einheitliche Gemisch verstanden, das entsteht, sobald Lösungsmittel und gelöster Stoff aufeinandertreffen.

Treffen Wasser und Salz aufeinander entsteht als Lösung „Salzsole“ – eine bekannte Zutat für den grünen Smoothie. Sobald sich die Menge des gelösten Stoffes der Sättigungsgrenze nähert, wird ein weiteres Auflösen des Stoffes unmöglich. Wer Himalaya- oder Steinsalzsole herstellt, kennt diesen Effekt: Ab einem gewissen Punkt löst sich kein weiteres Salz mehr auf. Die Lösung ist nunmehr gesättigt.

Im Körper erhält Wasser als Lösungsmittel die Konsistenz sämtlicher Körperflüssigkeiten. Bei einem Wasserverlust z.B. wird das Blut dickflüssiger. Als Verdauungssaft löst Wasser im Darm die Nährstoffe aus den Lebensmitteln heraus und schafft damit die Voraussetzung zur Nährstoffverwertung.

Die Polarität von Wasser hat als weitere Folge: die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen.  Wasserstoffbrückenbindungen sind für die spezielle Geometrie und damit für die Wirkung von Eiweißstoffen und Nukleinsäuren verantwortlich.

Mehr dazu im zweiten Teil dieser Reihe!

Bis dahin: Alles Gute Euch!

Carlos

Carlos

Carlos

Carlos trinkt seit vielen Jahren Grüne Smoothies und ist Blogger der ersten Stunde von GrüneSmoothies.de. Als ausgebildeter Ernährungs- und ganzheitlicher Gesundheitsberater sowie Personal Coach beschäftigt er sich intensiv mit den Zusammenhängen zwischen Ernährung und Gesundheit. Ihn zeichnet seine leidenschaftliche Skepsis und Neugierde aus, denn er will es meistens ganz genau wissen.
Carlos vertritt die Auffassung, dass „Ernährung die vielleicht wichtigste Variable zur Gesunderhaltung ist, auf die jeder Mensch am besten Einfluss nehmen kann.“ Grüne Smoothies sind für ihn ein wesentlicher Bestandteil einer gesunden Ernährung, weil sie den Körper natürlich, einfach und wirkungsvoll mit allem versorgen, was er für einen guten Start in den Tag braucht.

Kommentare auf Facebook

Kommentar hinzufügen

E-Mail-Adresse ist schon registriert. Bitte benutze Login form oder nenne eine andere.

Du hast einen falschen Nutzernamen oder Passwort eingegeben

Entschuldige, aber Du musst eingeloggt sein, um Kommentare zu schreiben.

1 Kommentar

Neueste zuerst
nach Bewertung Neueste zuerst Älteste zuerst

Sehr geehrte Damen und Herren,

zuerst einmal herzlichen Dank für Ihr gesundheitsorientiertes Engagement und die nützlichen Tipps und Informationen wie beispielsweise zum Thema Wasser!! Seit kurzem darf ich einen Revoblend 500 mein Eigen nennen und bin täglich mit großer Freude am "Smoothen" :>)

Ich würde mich freuen, wenn Sie aufgrund der zunehmenden Informationsfülle eine praktische Suchfunktion für die Webseite implementieren würden.

Mit freundlichem Gruß aus Berlin

Marc

Teile diesen Beitrag mit Freunden!