Bei etwa 330 K findet ein Flüssig-Flüssig-Übergang statt
Bei rund 57 Grad Celsius zeigt Wasser Anzeichen eines Übergangs zwischen zwei flüssigen Zuständen.
Wissenschaftliche Erklärung
Zahlreiche physikalische Eigenschaften von Wasser zeigen bei einer Temperatur um 330 K (etwa 57 Grad Celsius) ein auffälliges Verhalten: Wendepunkte, Extrema oder Änderungen im Temperaturverhalten. Dazu gehören unter anderem die isotherme Kompressibilität, die Schallgeschwindigkeit, der Brechungsindex, die dielektrische Relaxation und verschiedene Transportköffizienten. Dieses Bündel von Anomalien bei derselben Temperatur deutet auf einen strukturellen Übergang im flüssigen Wasser hin.
Die Hypothese besagt, dass bei etwa 330 K ein Flüssig-Flüssig-Übergang stattfindet — eine Verschiebung zwischen zwei verschiedenen strukturellen Arrangements der Wassermoleküle. Bei niedrigeren Temperaturen dominiert eine offenere, teträderförmige Anordnung (ähnlich dem LDL-Zustand), bei höheren Temperaturen eine dichtere, weniger geordnete Struktur (ähnlich dem HDL-Zustand).
Dieser Übergang ist kein scharfer Phasenübergang erster Ordnung wie das Schmelzen von Eis, sondern eher ein kontinuierlicher Crossover — ein allmählicher Wechsel der dominierenden lokalen Struktur. Röntgen- und Neutronenstreuungsexperimente haben gezeigt, dass sich die lokale Koordinationszahl und die Verteilung der nächsten Nachbarn bei dieser Temperatur messbar ändern.
Wenn sich die Existenz dieses Übergangs bestätigt, würde dies ein wichtiges Bindeglied zwischen dem Verhalten von Wasser bei Alltagstemperaturen und den hypothetischen zwei flüssigen Phasen bei tiefen Temperaturen darstellen. Der Crossover bei 330 K wäre dann die “Hochtemperatur-Ausläufer” der Flüssig-Flüssig-Köxistenzlinie, die vom zweiten kritischen Punkt ausgeht.
Alltagsrelevanz
Die Temperatur von 57 Grad Celsius ist bemerkenswert alltagsnah. Es ist die Temperatur, bei der heisses Leitungswasser aus dem Hahn kommt, bei der Tee etwas abgekühlt trinkbar wird, und bei der viele biologische Prozesse stattfinden. Dass sich die innere Struktur des Wassers gerade in diesem zugänglichen Bereich ändert, könnte erklären, warum manche physikalische und biochemische Prozesse um diese Temperatur herum ein unerwartetes Verhalten zeigen.
Für die Lebensmittelindustrie und die Pharmazie, wo Prozesse oft in wässriger Lösung bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 80 Grad Celsius ablaufen, könnte das Verständnis dieses Übergangs relevant sein. Wenn sich die Lösungsmitteleigenschaften des Wassers bei 330 K strukturell ändern, könnten sich auch Löslichkeiten, Reaktionsgeschwindigkeiten und Proteinverhalten sprunghaft ändern — nicht wegen einer Änderung der Temperatur an sich, sondern wegen einer Änderung der Natur des Lösungsmittels.