Warum sinkt bei Wasserdruck die Erstarrungstemperatur?
Die Schmelzkurve von Wasser ist nicht die gleiche wie die anderer Substanzen und für andere Substanzen erhöht sich das spezifische Volumen während dieser Zeit (wenn sie zu schmelzen beginnen), aber nicht für Wasser (Eis). Warum ...?
Das liegt daran, dass normales Eis, Eis Ih, weniger dicht ist als flüssiges Wasser. Eis Ih bildet sechseckige Kristalle. Durch die Bindungen in dieser kristallinen Struktur sind die Wassermoleküle etwas weiter voneinander entfernt als in flüssiger Form bei gleichem Druck. Da sich Wasser beim Gefrieren ausdehnt, widersteht es dem Gefrieren, wenn der Druck zunimmt. Dies wiederum lässt den Schmelzpunkt mit zunehmendem Druck sinken, solange der Druck nicht so sehr hoch ist, dass durch den Gefrierprozess etwas anderes als Eis Ih entsteht.
Neben Eis Ih gibt es noch einige andere Eisformen. Beispielsweise gefriert flüssiges Wasser bei extrem hohen Drücken zu Eis VII anstelle von Eis Ih. Eis VII hat eher eine kubische Kristallstruktur als die hexagonale Struktur von Eis Ih. Die kubischen Bindungen in Eis VII ziehen die Wassermoleküle in der festen Form näher zusammen als in der flüssigen Form. In diesem extrem hohen Druckbereich erhöht ein zunehmender Druck die Schmelztemperatur sogar noch mehr. Mit anderen Worten, Wasser verhält sich bei sehr hohen Drücken wie die meisten anderen Substanzen.
Jon Kuster
Floris