Wasser gefriert - Experimente Biologie

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Wasser gefriert

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Warum platzt die Flasche?
 gw5 Eis vs vs                                                                                     
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Fachliche und didaktische Hinweise:
Zu erwarten wäre, dass ein Stoff im festen Zustand dichter (»schwerer«) wird und schwerer zu bearbeiten ist als in erwärmtem Zustand. Dies ist aus dem Umgang mit z.B. Knetgummi oder Kerzenwachs bekannt 
Das ist aber beim Wasser nicht der Fall: Eis schwimmt auf Wasser, es ist also weniger dicht als Wasser im flüssigen Zustand. Dies liegt daran, dass die Kristallstruktur des gefrorenen Wassers ein größeres Volumen hat als flüssiges Wasser. Diese Strukturen, die auf Wasserstoffbrückenbindungen beruhen, bewirken, dass Wasser wesentlich länger flüssig bleibt als verwandte Verbindungen wie Schwefelwasserstoff oder Ammoniak. Der Sonderfall Wasser - Eis ist Schülerinnen und Schülern meist bekannt. Die praktische Bedeutung vor allem für Klima und Lebewesen werden häufig jedoch nicht bedacht.
Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus! Diese Anormalie des Wassers ist ein entscheidender Grund für das Leben auf der Erde. Denn sie bewirkt, dass Wasser bei den vorherrschenden Temperaturen flüssig ist und die Gewässer im Winter nicht von unten nach oben, sondern von oben nach unten zufrieren. Zudem fungiert die Eisschicht auf dem noch flüssigen Wasser als Isolator gegenüber der eisigen Luft. Diese Anormalie des Wassers war eine Voraussetzung für die Entwicklung von Leben auf der Erde. 
Legt man geschlossene vollgefüllte Getränkeflaschen in den Gefrierschrank, so platzen sie aus genannten Gründen auf ("Kaputtfrieren"). Ein solcher "Unfall" kann nun erklärt werden. Die Anormalie des Wasser hält aber die Fische auch lebendig: das Wasser bleibt in größeren Tiefen flüssig, weil Eis leichter als Wasser ist und nach oben steigt und die Fische und andere Lebewesen auch bei Kälte im Wasser gut überleben können.
Tipp:  Man kann auch eine Plastikflasche nutzen, sehr viel mehr Eindruck macht natürlich eine zerbrochene Glasflasche!  Marmeladengläser mit Schraubdeckel sind nicht geeignet, da das Metall sich ausdehnt und ein Zerplatzen des Glases verhindert. Da Luft leicht komprimiert werden kann, dürfen keine Luftblasen in der Glasflasche zurückbleiben.                                   
 
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