Wassermoleküle

Wassermoleküle (H2O) bestehen aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Sie haben eine V-förmige Geometrie, der Winkel zwischen den O–H-Bindungen beträgt etwa 104,5°. Die beiden O–H-Bindungen sind kovalent, wobei der Sauerstoff eine höhere Elektronegativität besitzt. Dadurch entsteht ein permanentes Dipolmoment von ca. 1,85 Debye. Die O–H-Bindungslängen liegen bei etwa 0,957 Å.

Durch die Polarität bilden Wassermoleküle Wasserstoffbrücken miteinander aus, was in Flüssigkeiten zu einem dynamischen Netz und in Eis zu einem festen Kristallgitter führt (Hexagonalstruktur). Die Wasserstoffbrücken erklären unter anderem den hohen Siedepunkt (100 °C, 1 atm) und die Dichteanomalie: Wasser besitzt bei 4 °C seine größte Dichte; Eis ist bei diesem Zustand leichter als Wasser. In der Flüssigkeit verändert sich die Struktur ständig, was zu einer charakteristischen Oberflächenspannung führt.

Zu den wichtigsten physikalischen Eigenschaften gehören eine hohe spezifische Wärmekapazität, eine beträchtliche Verdampfungsenthalpie und eine hohe Dielektrizitätskonstante (etwa 78 bei Raumtemperatur), wodurch Wasser ein hervorragendes Lösungsmittel ist. Es stabilisiert polare und ionische Substanzen in Lösungen und beeinflusst Reaktionswege in Biologie und Umwelt.

Natürliches Wasser enthält verschiedene Isotope; am häufigsten kommt H2O vor, während HDO und D2O als schweres Wasser vorkommen. Isotopenvariationen beeinflussen Bindungen und physikalische Eigenschaften geringfügig. Wassermoleküle spielen eine zentrale Rolle bei chemischen Reaktionen, dem Energieaustausch und biologischen Prozessen weltweit.