Wie hängen Löslichkeit und Fließverhalten mit der Oberflächenspannung von Wasser zusammen?
Wie kommt es, dass Wasser in manchen Regionen oder an manchen Tagen leichter fließt?
Warum gibt es Tage, wo sich Wasser beim Spülen oder Händewaschen zäher und langsamer anfühlt? Oder es langsamer durch etwas hindurchfließt oder gar stehen bleibt.
In Deutschland wird das Wasser, das in den Leitungen fließt, hauptsächlich aus drei Wasserreservoirs gewonnen.
Quellwasser:
Grundwasser, dass von selbst aus dem Boden tritt und von natürlichen, unterirdischen Reservoirs gespeist wird, nennt man Quellwasser. 9 % unseres Leitungswassers wird aus Quellen gewonnen.
Oberflächenwasser:
27% unseres Trinkwassers entstammt Oberflächengewässern. Das sind Talsperren, Seen und fließende Gewässer, einschließlich Flüsse und Bäche.
Die Wasserqualität in Oberflächengewässern ist unmittelbar mit Klimaschwankungen und Witterungsverhältnissen verknüpft.
Grundwasser:
Den größten Anteil mit 64% liefert Grundwasser: Wasser, das aus einer Tiefe von bis zu
200 Metern unter der Erdoberfläche über Leitungen und Pumpen bereitgestellt wird. Niederschläge sickern in das Erdreich ein und machen einen Teil des Grundwassers aus.
Aber auch Wasser aus Oberflächengewässern und damit auch Abwasser, das von Klärwerken in Seen und Flüsse eingeleitet wird.
In manchen Ländern gewinnt man Trinkwasser auch direkt aus Abwasser.
In Singapur zum Beispiel, wo viele Menschen auf kleinem Raum leben und ein hoher Wasserbedarf herrscht, kommt WC- und Duschwasser nach der Filterung direkt wieder aus dem Wasserhahn.
Das Trinkwasser wird also nicht immer unmittelbar aus der Natur bezogen.
In Deutschland hingegen ist die Hemmschwelle etwas größer. Abwasser wird nicht direkt als Trinkwasser wieder verwendet.
Nach der Wiederaufbereitung in der Kläranlage, fließt es nicht zurück in das Leitungssystem, sondern gelangt erst auf Umwegen dorthin. Klärwerke, leiten das fertige Endprodukt zurück in Flüsse und Seen.
In Oberflächengewässern vermischt sich das gereinigte Wasser mit Quell-, Regen- und Grundwasser, die allesamt, stehende und fließende Gewässer speisen.
Früher oder später gelangt es so auch in die Meere und Ozeane.
Im natürlichen Wasserkreislauf verändert Wasser ständig seine Postion und wird permanent von der Umgebung beeinflusst bzw. beeinflusst und gestaltet die Umgebung selbst.
Das Wasser kann also nicht immer gleich schmecken, nicht gleich fließen und sich nicht gleich verhalten. Alles andere entspräche einem künstlichen Produkt aus der Fabrik, wo jedes Teil exakt gleich aussieht, riecht und schmeckt.
Doch in der Natur ändert sich das Klima: Mal schneit oder regnet es mehr, mal schneit oder regnet es weniger. Mal ist es wärmer, mal ist es kälter. Mal ist ein See klarer, mal ist ein See trüber.
Die Wasserwerke stellen zwar sicher, dass rund 45 Werte im Trinkwasser nicht überschritten werden, bevor es in die Leitungen eingespeist wird.
Dennoch kann sich Leitungswasser je nach Region, Jahreszeit oder Temperatur komplett voneinander unterscheiden.
Oberflächenspannung – Warum Wasser mal schneller und mal langsamer fließt
Die Qualität des Wassers verschlechtert sich nach starken Regenfällen, was zu Trübheit und einer erhöhten Konzentration von Verunreinigungen führt.
Durch die vermehrte Einwirkung von Regen werden mehr Stoffe von der umgebenden Wasserscheide in die Oberflächengewässer gespült.
Diese erhöhte Konzentration an Verunreinigungen erhöht wiederum die Oberflächenspannung des Wassers, was zu einer erhöhten Viskosität des Leitungswassers führt.
Die Oberflächenspannung und die Löslichkeit von Stoffen stehen in direktem Zusammenhang. Eine höhere Oberflächenspannung führt zu einer geringeren Löslichkeit.
Dies liegt daran, dass bei einer erhöhten Oberflächenspannung mehr Energie benötigt wird, um die Moleküle der Stoffe von den Wassermolekülen zu umgeben, was sich negativ auf die Löslichkeit auswirkt.
Wasser hat eine Affinität zur Auflösung von Mineralien und Elektrolyten. Elektrolyte erhöhen die Oberflächenspannung des Wassers, was die Anhaftung von Mineralien an der Wasseroberfläche begünstigt. Im Gegensatz dazu reduziert ein Tensid, das die Oberflächenspannung des Wassers verringert, diese Anhaftung. Stoffe mit dieser Eigenschaft werden gerne von der Oberfläche adsorbiert, was durch die Theorie von Gibbs zum Zusammenhang zwischen Oberflächenspannung und Adsorption erklärt werden kann.
Spülmittel wirken effektiv, weil sie Tenside enthalten, die die Oberflächenspannung des Wassers reduzieren. Beim Abtropfen von mit Spülmittel gereinigtem Geschirr bleibt nur ein dünnster Film Wasser zurück. Im Gegensatz dazu tropft Wasser ohne Spülmittel schwerer ab.
Oberflächenspannung: Ein Experiment
Ein einfaches Experiment veranschaulicht dieses Phänomen deutlich: Ein Glas wird bis knapp unter den Rand mit Wasser gefüllt. Dann werden nacheinander 1-Euro-Münzen ins Wasser gegeben. Nach und nach entsteht eine bemerkenswerte Wasserlinse, die über den Glasrand hinausragt: Die Oberfläche des Wassers krümmt sich nach oben und wölbt sich über den Rand des Glases. Es scheint, als würde mehr Wasser im Glas sein, als eigentlich Platz dafür ist. Um diese Spannung zu neutralisieren, genügt es, einige Tropfen Spülmittel auf die Oberfläche zu geben. Dadurch wird die Oberflächenspannung durchbrochen und das Wasser läuft über.
