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Rückblickend ist festzustellen, dass in mehr als
vier Jahrzehnten erfolgreicher Anwendung die
Bedeutung der Isotopenhydrologie in inzwischen
kaum noch zählbaren isotopenhydrologischen
Studien bewiesen wurde und dass Messungen der
Tritium- und Radiokohlenstoff-Aktivitäten so-
wie Analysen der stabilen Wasserstoff- und Sau-
erstoff-Isotope an Wasserproben hydrogeolo-
gisch relevante Informationen zu liefern ver-
mögen (G
EYH
, 2000; C
LARK
& F
RITZ
, 1997), die
anderweitig nur schwer oder gar nicht zu erhalten
sind.
tronen und dem Sauerstoff-Atomkern asymmet-
risch angeordnet. Das Molekül kann als ein Tetra-
eder (Abb. 58-1) beschrieben werden, in dessen
Zentrum sich das Sauerstoff-Atom befindet,
während die Massen-Zentren der beiden Wasser-
stoff-Atome jeweils eine Ecke und die Zentren der
Ladungen von zwei Elektronenpaaren (jeweils
2e) die beiden anderen Ecken besetzen. Die Ver-
bindungslinien von den Wasserstoff-Kernen zum
Sauerstoff-Kern bilden einen Winkel von 104,5°.
Von den insgesamt 10 Elektronen des Moleküls
(2 der Wasserstoff-Atome, 8 des Sauerstoff-
Atoms) sind damit 4 exzentrisch angeordnet und
werden von dem Sauerstoff-Atom gerade noch
angezogen. Von den restlichen 6 Elektronen bil-
den 4 die Bindung zwischen dem O- und den H-
Kernen, die restlichen 2 bleiben nahe dem O-
Kern. Auf Grund dieser Molekülstruktur fällt der
Schwerpunkt der negativen und positiven Ladun-
gen nicht in einem Punkt zusammen, wie etwa
bei der unpolaren kovalenten Bindung zweier
gleichartiger Atome, z.B. bei den Gasen. Die Elek-
tronen eines Wassermoleküls sind mehr nach der
einen Seite, die positiv geladenen Atom-Kerne
mehr nach der anderen verschoben. Auf Grund
dieser Verschiebung der Bindungselektronen ge-
genüber der Mitte des Atomabstandes entsteht ei-
ne Ladungspolarität. Das Molekül stellt einen
Di-
pol
dar, dessen eine Seite positiv und dessen an-
dere Seite negativ geladen ist. Zur Kennzeichnung
der Größe der Polarität eines Moleküls dient das
elektrische Dipolmoment
p
, das durch das Pro-
dukt aus dem Abstand der Ladungsschwerpunk-
te
r
und der Größe der Ladung
q
bestimmt wird.
Die Einheit ist C·m (Coulomb · Meter) (C
HARLES
A
UGUSTIN
D
E
C
OULOMB
, französischen Physiker;
1736-1806). Traditionell wird häufig noch die
Einheit Debye (D) (P
ETER
D
EBYE
, niederländi-
scher Chemiker und Physiker; 1884 - 1966) ver-
wendet, wobei folgendes gilt: 1 D = 3,336 · 10
-30
C·m.
3.9.2.3 Physikalische Eigenschaften
des reinen Wassers
Kompressibilität, Dichte, Viskosität, Dampfdruck
u.a. sind als wesentliche Eigenschaften des Was-
sers von der Temperatur abhängig. Diese Größen
sind nicht nur bei der Grundwasserdynamik,
sondern auch bei der Gewinnung und Nutzung
von großer Bedeutung. Sie hängen eng mit der
molekularen Struktur des Wassers zusammen.
3.9.2.3.1 Molekulare Struktur
Wasser ist ein Stoff mit sehr spezifischen physika-
lischen Eigenschaften, die vom normalen Verhal-
ten anderer Stoffe abweichen. Im Gegensatz zu
anderen Stoffen ist die Dichte der festen Modifi-
kation (Eis) bei 0 °C etwa 9 % geringer als die der
flüssigen (Wasser), daher schwimmt Eis auf dem
Wasser. Beim Erwärmen von 0 °C auf 4 °C verrin-
gert sich das Volumen; es ist am geringsten bei
4 °C. Dieses von anderen Stoffen abweichende Ver-
halten wird als
Temperatur-Anomalie
des Was-
sers bezeichnet. Wasser hat eine ungewöhnlich
hohe Oberflächenspannung (
σ
= 0,07197 N/m
bei 25
°C), hohe Dielektrizitätskonstante
(
= 78,25 bei 25 °C; zum Vergleich: Luft = 1),
Ver dampfungsenthalpie (
ε
Δ
H
V
= 2,282 kJ/g, bei
1 013,24
H
S
=
333,73 J/g). Wasser kommt in gasförmiger (Abb.
58-2), in flüssiger (Abb. 58-3) und fester Form
(Abb. 58-4) in unserer Umwelt vor. Diese und an-
dere abweichende Eigenschaften sind auf seine
besondere Molekülstruktur zurückzuführen.
Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasser-
stoff-Atomen und einem Sauerstoff-Atom. Die
Wasserstoff-Atomkerne sind jedoch zu den Elek-
hPa) und Schmelzenthalpie (
Δ
pqr
Gl. 69
p
=
Dipolmoment (C·m),
q
=
elektrische Ladung (C),
r
=
Abstand der Ladungsschwerpunkte (m).
