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Physikalische Überraschung: Wasser kann mehr als fest, gasförmig und flüssig sein

Wasser ist ein ungewöhnliches Molekül - und wird nach der neuesten Entdeckung nicht weniger interessant. Offenbar kann es nicht nur fest, gasförmig und flüssig sein.
Glas mit gefrierendem WasserLaden...

Wasser kommt womöglich in mehr als den bekannten drei Aggregatzuständen fest, gasförmig und flüssig vor, meinen Wissenschaftler. Nach mehreren Experimenten stellten sie selbst verblüfft fest, dass Wasser beim Erwärmen um 50 Grad herum plötzlich allerlei physikalischen Eigenschaften verändert. Man könne demnach vielleicht von zwei unterschiedlichen flüssigen Phasen sprechen, finden Laura Maestro von der Oxford University und ihre Kolleginnen.

Das Team hatte Wasser allmählich erhitzt und beobachtet, dass zwischen 40 und 60 Grad Celsius bei normalem Druck verschiedene Messparameter von einem auf einen anderen Wert umspringen. Das gilt etwa für die elektrische Leitfähigkeit, den Brechungsindex, die Oberflächenspannung und die Schalldurchleitungsgeschwindigkeit, aber auch für exotische Werte wie die Protonen-Spin-Gitter-Relaxation.

Die physikalische Ursache der Beobachtung ist unklar. Wahrscheinlich, so spekulieren die Forscher, spielt wie bei den lang bekannten physikalischen Besonderheiten des Wassers auch hier die flache, bipolare Struktur der einzelnen Wassermoleküle eine Rolle, die Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen ermöglicht. Denkbar sei, dass sich die Stärke der Wasserstoffbrücken ab einer Sprungtemperatur drastisch verändert, so dass es oberhalb und unterhalb dieser Temperatur zwei Phasen mit recht unterschiedlichen Eigenschaften gibt. Wasser hätte demnach Eigenschaften analog zu einem Flüssigkristall, bei dem auch unterschiedliche "flüssige" Aggregatzustände vorkommen können.

Auch die Bedeutung der noch vorläufigen Erkenntnisse ist unklar. Sicherlich könnten die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften von wärmerem Wasser biologische Konsequenzen haben, etwa für Proteine, die in der Zelle gelöst werden. Oberhalb einer bestimmten Temperatur würde sich dann vielleicht die Proteinfaltung deutlich verändern – die Denaturierung von Eiweiß wäre demnach möglicherweise nicht einfach nur eine Folge von zu großer Wärme, sondern von den dadurch veränderten Eigenschaften des Wassers. All dies muss aber erst gründlich untersucht werden.

01/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 01/2017

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