Oberflächenspannung bei Wasser – woher kommt sie?



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 anfässt? Oder es langsamer durch etwas hinduch fließt 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 Reservoiren 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, dass aus einer Tiefe von bis zu
200 Metern unter der Erdoberfläche über Leitungen und Pumpen bereit gestellt 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 Klo- 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. Trotzdem kann Leitungswasser je nach Region, Jahreszeit oder Temperatur sich komplett voneinander unterscheiden.


Oberflächenspannung - Warum Wasser mal schneller und mal langsamer fließt
 
Es ist nachgewiesen worden, dass wenn es viel geregnet hat, die Wasserqualität schlechter ist.
Es wird trüber und hat eine höhere Konzentration von Verunreinigungen. Dies geschieht, weil wenn es mehr regnet, werden mehr Stoffe aus der Wasserscheide vom Oberflächengewässer wie Flüsse ausgewaschen. Diese höhere Konzentration von Verunreinigungen erhöht die Oberflächenspannung und daher auch die Viskosität des Leitungswassers.
 


                 


Oberflächenspannung und Löslichkeit von Stoffe hängen zusammen. Je höher die Oberflächenspannung desto niedriger die Löslichkeit. Je höher die Oberflächenspannung, desto mehr Energie braucht man um die Moleküle der Stoffe von Wassermolekülen zu umgeben, was die Löslichkeit negativ beeinflusst.

      


Es ist zu beachten, hier handelt es sich um Oberflächenspannung von Wasser in Kontakt mit dem Stoff, nicht von Wasser mit Luft. Diese Wirkung muss jedoch vernachlässigbar sein, weil Wasser alleine eine hohe Oberflächenspannung hat (die zweit größte aller Flüssigkeiten nach Quecksilber), trotzdem ist es ein ausgezeichnetes Lösungsmittel.


                                                          
 
Wasser löst gerne Mineralien und Elektrolyte auf. Dazu kommt, dass Elektrolyte die Oberflächenspannung von Wasser erhöhen, was die Aufnahme von Mineralien an der Oberfläche erhöht. Das Gegenteil passiert bei einem Tensid, das die Oberflächenspannung des Wassers vermindert. Die Stoffe, die dies machen, werden gerne von der Oberfläche adsorbiert (dies kann mit der Theorie von Gibbs vom Zusammenhang zwischen Oberflächenspannung und Adsorption erklärt werden).
 
Spülmittel wirken so gut, weil sie Tenside enthalten. Ein Stoff, der die Spannung des Wassers bricht. Lässt man mit Spülmittel gereinigtes Geschirr abtropfen, bleibt darauf nur ein hauchdünner Film von Wasser zurück. Ohne Spülmittel dagegen, tropft das Wasser viel schwerer ab.


Oberflächenspannung: Ein Experiment
Man kann auch selbst mal ein Experiment dazu durchführen. Ein Glas Wasser bis einen Millimeter unter den Rand mit Wasser füllen. Dann 1-Euro Münzen nacheinander im Glas absinken lassen. Nach und nach bildet sich eine Art Wasserlinse, die über das Glas hinaus ragt: Die Wasseroberfläche wölbt sich und biegt sich nach oben über den Glasrand. Es befindet sich mehr Wasser im Glas, als eigentlich Platz darin wäre. Um die aufgebaute Spannung wieder zu neutralisieren, einfach einen Schuss Spülmittel auf die Oberfläche geben. Die Oberfläche bricht und das Glas läuft über.




     


Ja nach Zustand des Wassers braucht es einen – zwei oder noch einige weitere 1 Euro Münzen, bis das Wasser sich über das Glas wölbt.
Genauso ist es mit der Menge an Spülmittel, je stärker die Oberflächenspannung desto mehr Spülmittel wird nötig, um die Oberflächenspannung zu lösen.
Die Oberflächenspannung kann von Tag zu Tag aber auch von Stunde zu Stunde unterschiedlich sein, je nachdem was das Wasser so "erlebt“ auf dem Weg bis hin in unser Wasserglas.
                                                                     



 

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