Wasserzustand

Wasserzustand bezeichnet in der Physik und Chemie den thermodynamischen Zustand des Wassers H2O, der durch Temperatur und Druck bestimmt wird. Je nach Umgebung können Wasser in flüssiger Form, als Eis oder als Wasserdampf vorliegen; bei bestimmten Kombinationen von Temperatur und Druck treten Übergänge zwischen diesen Phasen auf.

Die drei grundlegenden Phasen sind festes Eis, flüssiges Wasser und gasförmiger Wasserdampf. Eis hat eine Dichte von etwa 0,92 g/cm³ und schwimmt auf Wasser; flüssiges Wasser besitzt bei Normaldruck eine Dichte von ungefähr 1,00 g/cm³. Wasserdampf ist bei 1 atm deutlich weniger dicht. Wasser zeigt eine Dichteanomalie: Die größte Dichte der flüssigen Phase liegt bei ca. 4°C; darüber und darunter nimmt die Dichte ab.

Das Phasendiagramm von Wasser beschreibt die Zustände in Abhängigkeit von Druck und Temperatur. Der Tripelpunkt liegt bei etwa 0,01°C und 611,7 Pa, der kritische Punkt bei rund 374°C und 22,064 MPa. Oberhalb des kritischen Punktes existiert Wasserdampf in einem superkritischen Zustand mit Eigenschaften beider Phasen. Unter hohem Druck bilden sich verschiedene Eisformen, wie Eis VI oder VII, die unter niedrigeren Drucken nicht auftreten.

Übergänge zwischen den Phasen erfolgen durch Wärme- oder Druckänderungen. Die Enthalpie des Schmelzens beträgt rund 6,01 kJ/mol, die Verdampfungsenthalpie bei 100°C rund 40,7 kJ/mol. Diese Eigenschaften beeinflussen viele natürliche Prozesse in Meteorologie, Technik und Biologie und erklären, warum Wasser in vielen Kontexten als außerordentliches Lösungsmittel und Transportmedium fungiert.

Wichtige Anwendungen umfassen Klima- und Umweltforschung, Thermodynamik, Ingenieurwesen sowie Lebenswissenschaften. Der Wasserzustand wirkt sich maßgeblich auf Energiefluss, Reaktionskinetik und Materialeigenschaften aus.