Einsteiger #56

Wasser hat eine mehr als doppelt so hohe spezifische Wärmekapazität wie Eis oder Dampf

Die spezifische Wärme von flüssigem Wasser ist anomal hoch im Vergleich zu seiner festen und gasförmigen Phase.

Wissenschaftliche Erklärung

Wenn man die spezifische Wärmekapazität von Wasser in seinen drei Aggregatzuständen vergleicht, fällt sofort ein dramatischer Sprung auf: Flüssiges Wasser braucht 4,18 Joule pro Gramm und Kelvin, um sich um ein Grad zu erwärmen, während Eis nur 2,1 und Dampf nur 2,0 Joule benötigen. Flüssiges Wasser hat also mehr als die doppelte Wärmekapazität seiner festen und gasförmigen Phase.

Der Grund liegt in den Wasserstoffbrückenbindungen. In flüssigem Wasser bildet sich ein dynamisches Netzwerk, in dem ständig Brücken brechen und neue gebildet werden. Ein Teil der zugeführten Wärme fliesst nicht in die Erhöhung der kinetischen Energie der Moleküle (was sich als Temperaturanstieg äussern würde), sondern in das Aufbrechen und Umordnen von Wasserstoffbrücken. Im Eis hingegen sitzen die Moleküle in einem festen Kristallgitter, und im Dampf existieren praktisch keine Brücken mehr — in beiden Fällen fehlt dieser zusätzliche Energieabsorptions-Mechanismus.

Specific Heat Capacity of Ice, Liquid Water, and Steam Bar chart comparing the specific heat capacity of ice (2.1 joules per gram kelvin), liquid water (4.18 joules per gram kelvin), and steam (2.0 joules per gram kelvin). Liquid water has more than double the specific heat of its other phases. Specific Heat (J g⁻¹ K⁻¹) 0 2.5 4.5 2.1 Ice 4.18 Liquid Water 2.0 Steam Liquid water — more than 2× ice or steam
Spezifische Wärmekapazität in den drei Phasen des Wassers. Flüssiges Wasser übertrifft Eis und Dampf um mehr als das Doppelte.

Alltagsrelevanz

Diese Eigenschaft macht Wasser zum idealen Wärmespeicher. Heizungssysteme transportieren Wärme mit Wasser, weil es pro Kilogramm weit mehr Energie aufnehmen kann als fast jede andere Flüssigkeit. Auch unser Körper profitiert: Das Blut, das zu über 90 Prozent aus Wasser besteht, transportiert Wärme effizient vom Körperinnern zur Haut und hält so unsere Körpertemperatur stabil.

In der Küche erleben wir den Effekt täglich: Ein Topf Wasser braucht überraschend lange, um zu kochen — aber er hält seine Wärme auch lange. Genau das macht Wasser zu einem so guten Medium zum Kochen, Heizen und Kühlen.