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Das verhältnismäßig hohe Dipolmoment ist die
Ursache für die - im Vergleich zu anderen Stoffen
mit geringerem Dipolmoment (Tab. 19) - hohe
Kohäsionskraft zwischen den Wassermolekülen
(
Wasserstoffbrückenbindung
) (Abb. 58-3). Die
räumliche Anordnung der Atom-Kerne und
Elektronen beeinflusst auch die (kovalente) Bin-
dung der Wassermoleküle untereinander zu Mo-
lekülgruppen, den Clustern, die neben den Ein-
zelmolekülen auftreten (Abb. 58-5). Solche Clus-
ter umfassen bei
Tab. 20:
Spezifische Wärmekapazitäten
c
p
verschie-
dener Stoffe.
Stoff
spezifische Wärmekapazität c
p
kJ/(kg · K)
Wasser
4,187
Ethylalkohol
2,428
Glas
0,6 - 0,8
Kupfer
0,381
=
70 °C 25 H
2
O-Moleküle, d.h. mit zunehmender
Temperatur nimmt die Größe der Molekülgrup-
pen ab. Mit fallender Temperatur kommt es stän-
dig zu weiteren Molekülgruppierungen, bis
schließlich beim Gefrieren eine weitgehende
Ordnung im Kristallgitter erfolgt (Abb. 58-6).
Wasser kann also als eine polymerisierte Flüssig-
keit der Formel H
2
O angesehen werden, wobei
die Moleküle unterschiedliche, temperatur- (und
druck-) abhängige Grade der Polymerisation er-
reichen. Die polymerisierten Anteile, die struk-
turell dem Eis entsprechen, machen bei
ϑ
=
0 °C im Mittel 90, bei
ϑ
Gold
0,130
zu seiner Erwärmung erforderlich, wie umge-
kehrt bei der Abkühlung eine größere Wärme-
menge frei wird. Diese Eigenschaft hat beim
Grundwasser große Bedeutung, wenn dieses zur
Energienutzung für Heizzwecke und zur Strom-
erzeugung genutzt wird. Eine weitere Bedeutung
liegt darin, dass wesentliche physikalische Eigen-
schaften des Wassers temperaturabhängig sind
(Abb. 59-1, Abb. 59-2).
So wird die größte
Dichte
ϑ
= 0 °C
ρ
= 0,99997 · 10
3
kg/
m
3
bei einer Temperatur
25 %, bei
ϑ
= 100 °C dagegen nur 5 % aus.
= 3,98 °C und einem
Druck
p
= 1 013,24 hPa erreicht. Mit zunehmen-
der Erwärmung nimmt die Dichte funktionell ab,
bis sie bei einer Temperatur
ϑ
3.9.2.3.2 Temperaturabhängige
physikalische Eigenschaften
Wasser hat eine verhältnismäßig hohe spezifische
Wärmekapazität
, worunter die Wärmemenge zu
verstehen ist, die 1 g eines Stoffes um 1 K er-
wärmt. Diese Eigenschaft verdeutlichen die Ver-
gleichszahlen der spezifischen Wärmekapazität
c
p
bei konstantem Druck (Tab. 20). Die spezifische
Wärmekapazität
c
v
bei konstantem Volumen
wird bei hydrogeologischen Fragestellungen
nicht verwendet.
Wegen der hohen Wärmekapazität des Was-
sers ist eine verhältnismäßig große Wärmemenge
ϑ
= 100 °C noch
= 0,95835 · 10
3
kg/m
3
beträgt. In Grubengebäu-
den kommt es bedingt durch Temperaturunter-
schiede zur Ausbildung von Konvektionswalzen,
die eine scharfe Trennung zwischen deutlich
unterschiedlich mineralisierten Grubenwässern
(d.h. mit unterschiedlicher Dichte) hervorrufen.
Das
spezifische Volumen
ρ
ν
stellt den Kehr-
wert der Dichte
dar und kann auch als Verhält-
nis des Volumens
V
zur Masse
m
definiert wer-
den.
Ein anderes Verhalten zeigt dagegen die
Kom-
pressibilität
ρ
des Wassers, die für die Größe der
Speicherkoeffizienten eines Grundwasserleiters
(Abschn. 3.3.6) mitbestimmend ist. Wasser ist
verhältnismäßig wenig kompressibel, doch erge-
ben sich immerhin noch geringe temperaturab-
hängige Unterschiede. Bei
χ
Tab. 19:
Elektrische Dipolmomente
p
verschiedener
Stoffe.
Stoff
Elektrisches
Dipolmoment p
ϑ
= 0 °C beträgt die
Kompressibilität
χ
= 0,51 · 10
-9
Pa
-1
und sinkt bei
= 0,44 · 10
-9
Pa
-1
(Tab. 21).
Unter den temperatur- und druckabhängigen
Eigenschaften ist schließlich die
kubische Aus-
dehnung
(Volumenausdehnung) hervorzuhe-
ben, die als
Volumenausdehnungskoeffizient
ϑ
= 40 °C leicht auf
χ
Wasser H
2
O
6,13 · 10
-30
C·m (= 1,84 D)
3,43 · 10
-30
C·m (= 1,03 D)
Salzsäure HCl
4,87 · 10
-30
C·m (= 1,46 D)
Ammoniak NH
3
γ
beschrieben wird. Dieser gibt das Verhältnis der
Ethylalkohol C
2
H
5
OH
5,64 · 10
-30
C·m (= 1,69 D)
