Lösung im Wasser

Was passiert eigentlich, wenn sich ein Stoff im Wasser löst? Betrachten wir diesen so selbstverständlichen Vorgang einmal genauer, um zu erkennen, wie erstaunlich das eigentlich ist. Gib einen Löffel Salz oder Zucker in ein Glas Wasser. Was passiert? Logisch, es löst sich darin auf. Das Wasser schafft es also, die Kristallstruktur des Salzes/Zuckers so vollständig in deren Einzelbausteine zu zerlegen, dass sie völlig darin verschwinden.

Wenn Du einmal nicht den fein gemahlenen Haushaltszucker oder das Kochsalz betrachtest, sondern größere Kandiszuckerkristalle oder einen Block Steinsalz, dann erkennst Du, wie hart, stabil und kompakt die Kristallstruktur ist. Du könntest das Salz stundenlang in einem Mörser zerreiben und würdest nicht annähernd eine so feine Verteilung der Teilchen zustande bringen wie das Wasser bei der Lösung.  Oder stell Dir vor, Du würdest die Kristallstruktur durch Hitze zerstören wollen, also den Kristall schmelzen, dann müsstest Du das Salz auf etwa 800° Celsius erhitzen, bis es flüssig wird. Dies mag Dir eine Ahnung davon geben, welche enormen Energien beim Lösen im Wasser wirken.

Durch die Anziehungskräfte zwischen den unterschiedlich geladenen Teilchen des Salzes und den unterschiedlich geladenen Enden der Wassermoleküle werden Salzteilchen aus dem Gitterverbund herausgelöst und „haften“ sich dem Wasser an – zuerst sind natürlich die Teilchen an den äußeren Ecken und Kanten des Stoffes betroffen, da diese am wenigsten stark in den Kristallgitterverbund eingegliedert sind.

Die Kraft des Wassers

Dass die Kristallstrukturen so stabil sind, liegt daran, dass die Anziehungskräfte zwischen den einzelnen Atomen und Molekülen so stark sind. Wären sie nicht da, würde sich der Stoff ja buchstäblich in Luft auflösen, alle seine Teilchen würden davonfliegen. 

Doch offensichtlich sind diese Anziehungskräfte nicht stark genug, um dem Wasser zu widerstehen. Das Wasser reißt durch seine bloße Anwesenheit die Kristallstrukturen auseinander. Ein Teilchen nach dem anderen wird aus dem Verbund mit den anderen Teilchen herausgelöst, bis alle Salz- oder Zuckerteilchen einzeln zwischen den Wasserteilchen umherschwimmen. Wir können sagen, dass Wasser von außen ziehende, saugende Kräfte aufweist, die entdichtende, auflösende Wirkungen auf die Stoffe im Wasser haben.

Wenn irgendein Stoff ins Wasser gelangt, gibt es sofort ein Tauziehen zwischen den Zusammenhaltekräften des Stoffes und den Auflösekräften des Wassers. Dieses Kräftemessen fällt natürlich von Fall zu Fall unterschiedlich aus. Nicht immer gewinnt dabei das Wasser. Es gibt Stoffe, deren nach innen drückende Kräfte den von außen saugenden Kräften des Wassers ganz gut widerstehen können – diese Stoffe  sind wasserunlöslich. Allerdings werden selbst dann einige Teilchen herausgelöst, die an den Ecken der Kristalle hervorstehen und nicht richtig im Kristallverbund eingelagert sind. Daher findet man selbst bei „wasserunlöslichen“ Stoffen stets kleinste Spuren davon im Wasser. 

Nicht nur verschiedene Stoffe sind unterschiedlich gut lösbar. Auch in verschiedenen Wassersorten kann die Lösungsfähigkeit unterschiedlich hoch sein, wie wir ja schon in der letzten Folge erwähnt hatten.

Betrachten wir noch einmal die winzigen Wasserteilchen, die H2O-Moleküle (siehe Abb.  5).

Die Plus- und Minus-Ladungen an den Enden der H2O-Moleküle ziehen andere Plus- oder Minus-Ladungen an. Wie in den Folgen 3 und 4 geschildert, können diese Ladungen entweder von anderen Wassermolekülen stammen, dann klumpen mehrere von ihnen zusammen und formen Cluster-Strukturen (siehe Abb. 6).

Aber nicht nur Wassermoleküle alleine können Cluster aufbauen, sondern auch Fremdstoffe (z.B. Salz) und Wassermoleküle zusammen, wie in Abbildung 3. 

Diese Umlagerung der Fremdstoffe mit Wasserteilchen funktioniert nur dann gut, wenn möglichst viele H2O-Moleküle einzeln vorliegen bzw. die Clusterstrukturen sehr klein sind, denn große Cluster stören dabei nur (siehe Abbildung 7).

Vereinfacht gesagt: Das Wasser kann mehr oder weniger mit sich selbst beschäftigt sein. D. h. entweder sind alle seine „Hände“ mit Wasserteilchen besetzt oder das Wasser hat viele Hände frei, um sie zu anderen Stoffen auszustrecken. Dementsprechend ist das Wasser dann entweder kontaktfreudig oder „tot“.

Lockert man die Wasserstruktur so auf, dass extrem viele seiner Hände (= Bindungsmöglichkeiten) frei sind, dann kann es auch noch Stoffe auflösen, an denen sich normales Wasser (was bedeutet verclustertes, totes Wasser) die Zähne ausbeißt. 

So ist es Forschern an der Lomonossow-Universität in Moskau vor einigen Jahren durch Zufall gelungen, Wasser so kleinclusterig (= lösungsfähig) zu machen, dass es den Quarzkristall der Versuchsapparatur aufgelöst hat. Da das Wasser dadurch eine gehörige Portion Quarz enthielt, war es rund 40 Prozent schwerer als gewöhnliches Wasser, und die Forscher glaubten, sie hätten eine ganz neue Form von Wasser erzeugt, das sie „Polywasser“ nannten . Da ja in jedem Chemiebuch steht, Quarz sei absolut wasserunlöslich, hat natürlich keiner der Forscher sich die Mühe gemacht, das Wasser chemisch zu analysieren. 

So ging damals zunächst eine Sensationsmeldung durch die wissenschaftliche Welt, man hätte eine neue Wasserstruktur gefunden, die sich jedoch später als Flop entpuppte, nachdem man entdeckt hatte, dass das Wasser seine erstaunlichen Eigenschaften ‘nur’ dem gelösten Quarz zu verdanken hatte. 

Der wissenschaftliche Hochmut traf die Forscher mit aller Härte, doch in dem schadenfrohen Gelächter ging die wichtigste aller Fragen völlig unter, nämlich: Wie um alles in der Welt hat es dieses Wasser geschafft, Quarz, einen extrem harten und beständigen Kristall, der gemeinhin als wasserunlöslich gilt, aufzulösen? 

So war es am Ende doch richtig gewesen: Die Forscher hatten tatsächlich, ohne es selbst zu ahnen, ganz nebenbei eine noch nicht da gewesene Wasserstruktur erzeugt. Zwar nicht prinzipiell neu, aber eben so kleinclusterig, wie man dies auf technische Weise bis zu diesem Zeitpunkt  noch nie geschafft hatte.

Innere Oberfläche des Wassers

Das Lösen eines Stoffes im Wasser ist also abhängig von der Zahl seiner freien „Hände“ (seiner freien Plus- oder Minus-Enden), mit denen es Bindungen zu anderen Stoffen eingehen kann. In Clustern reichen sich die Wassermoleküle selbst die Hände, haben also keine frei. 

Man kann auch sagen, der Kontakt zu anderen  Stoffen – und damit deren Lösung – erfolgt nur an den Oberflächen von Clustern oder freien H2O-Molekülen. Diese Kontaktoberfläche der Wasserteilchen nennt man auch: „Die innere Oberfläche des Wassers“. (Abbildung 7)

Man kann sich vorstellen, dass das Wasser aus lauter winzigen einzelnen Tröpfchen besteht. Je kleiner diese Tröpfchen sind, desto größer ist ihre Oberfläche insgesamt.  Ein Beispiel: Stell Dir einen Laib Brot vor. Er hat eine äußere Oberfläche – die Rinde. Nun nimm das Brot, schneide es in Scheiben und füge die einzelnen Scheiben wieder zusammen, so wie es vorher war. 

Es sieht fast genauso aus, hat jetzt aber auch noch eine innere Oberfläche, nämlich die geschnittenen Flächen der Scheiben, auf die Du später Deine Butter streichst. Je dünner Du die Scheiben schneidest, desto mehr Oberfläche entsteht (sichtbar daran, dass man mehr Butter braucht).

Wie auch die Brotoberflächen Anziehungskräfte aufweisen (die Butter fällt nicht runter, auch, wenn man die Brotscheibe umdreht), haben auch die Oberflächen der Wasser-Cluster oder -Moleküle Anziehungskräfte.

Wenn man ein Brot in 10 Scheiben schneidet, kann man darauf vielleicht rund 200 Gramm Butter unterbringen.

Schneidet man es aber in 30 dünne Scheiben, kann man auch die dreifache Menge Butter, also ca. 600 Gramm unterbringen. Dementsprechend ist auch die Anziehungskraft im Wasser insgesamt höher, je kleiner die einzelnen Wassercluster sind. 

Jetzt stelle Dir vor, Du schneidest das Brot nicht nur in dünne Scheiben, sondern die Scheiben wiederum in kleine Würfelchen und setzt alles wieder zusammen. Noch immer hat es dieselbe äußere Oberfläche, aber die innere Oberfläche ist nun nochmals größer geworden. 

Schneide nun das Brot zu immer feineren Würfelchen, also jeden Würfel von, sagen wir, einem Zentimeter Kantenlänge, zerschneide nochmals in 10 mal 10 mal 10 winzige Würfelchen von jeweils einem Millimeter Kantenlänge. Nun wird die innere Oberfläche bald riesig groß, denn mit jedem Schnitt erzeugst Du weitere Oberflächen, während die Brotmenge als solche ja gleich bleibt. 

So ähnlich sieht es auch beim Wasser aus: Der „Wasserkörper“ vor Dir im Glas ist keine feste Masse, sondern er besteht aus unzähligen kleinsten Tröpfchen bzw. Clustern. Je kleinclusteriger das Wasser ist, desto größer ist daher die innere Oberfläche. 

Sie kann im Falle eines sehr kleinclusterigen Wassers Hunderttausende von Quadratmetern pro Liter Wasser ausmachen. Kaum vorstellbar: Ein einziger Liter Wasser hat Flächen von Dutzenden von Fußballfeldern an innerer Oberfläche!

Saugkraft des Wassers

Wasser hebt Schwerkraft auf

Das soll natürlich nicht heißen, dass das Wasser zu schweben anfängt, sondern dass alle Stoffe (auch solche, die sich normalerweise gar nicht im Wasser lösen) darin noch gelöst (= in Schwebe gehalten) werden. 

Hiervon gilt auch die Umkehrung: Werden die Stoffe nicht mehr in Schwebe gehalten, unterliegen sie der Schwerkraft, dann ist der hoch energetische Lösungszustand gestört. 

Dieser Zusammenbruch des Lösungszustandes – und damit das Ausfallen der Stoffe aus der Lösung – das Absetzen nicht mehr gelöster Teilchen auf dem Boden, ist das Hauptproblem sämtlichen Wassers heutzutage.  Das betrifft nicht nur das Wasser in der Natur wie z.B. Regen- oder Grundwasser, sondern auch alle Getränke und Nahrungsmittel. Die verschlechterte Wasserqualität beeinträchtigt sogar mineralische Lösungen. 

Mit der Wasserstruktur verfällt auch die Struktur von beispielsweise Zement. Dies ist der Grund, weshalb Betonbauten heute in der Regel nach bereits rund zehn Jahren saniert werden müssen: Beim Trocknen und Aushärten des Zements führt der vorzeitige Zusammenbruch der Lösung zu winzigen Schwindungsrissen, durch die dann (saures) Regenwasser eindringen kann, was  die innenliegende Stahlkonstruktion zum Rosten bringt. 

Im Gegensatz hierzu schwindet Zement, der mit levitiertem Wasser angesetzt wurde, nicht! Nebenbei ist er auch noch wesentlich härter, zugfester, säure-resistenter und atmet sogar besser als zum Beispiel der  Ziegelbau. Heutige Totwasser-Stahl-betonbauten erfüllen oftmals noch nicht einmal direkt nach dem Bau – geschweige denn nach einigen Jahren – die vom TÜV geforderten Festigkeitswerte. Aber die Industrie verdient ja bestens mit dem Betonsanieren, da bleibt noch genug übrig, um den Beamten von der Baubehörde kleine Gefälligkeiten zu erweisen. Dabei wäre aufbereitetes Wasser für den Beton nicht nur billiger als alle chemischen Zusätze und Bestechungsgelder zusammen, sondern vor allem auch sicherer (siehe z.B. Autobahnbrücke!)

Doch kleinclusteriges Wasser ist nicht nur in der Lage, Stoffe besser in Lösung zu halten, es kann natürlich auch bereits abgelagerte Stoffe wieder in Lösung nehmen. Dies ist (siehe Entsäuerungsserie) vor allem im Zusammenhang mit körperlicher Gesundheit von Belang. Man denke nur an Gefäßerkrankungen (Verkalkung), Nieren-/Gallen-/Blasensteine, Bindegewebsschwäche (Ablagerungen im Gewebe zwischen den Zellen) und vor allem schmerzhafte Leiden wie Rheuma, Gicht, Arthrose, Arthritis und Bandscheibenleiden. 

Doch da sind wir schon beim nächsten Thema angelangt, dem Stoffwechsel und dem Wasser im Lebendigen. Mehr dazu in der nächsten Folge.

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