Experimente:
Versuch: Luft löst sich in Wasser
Versuch: Änderung der elektrischen Leitfähigkeit beim Einleiten von CO₂ in Wasser
Versuch: Der Springbrunnenversuch

Ohne Sauerstoff kein höheres Leben im Wasser
Sauerstoff und Stickstoff liegen in der Luft im Verhältnis von 1:4 vor. In Wasser dagegen ist Sauerstoff stark angereichert. Hier liegt das Verhältnis von O : N bei 1 : 1,8. Genau: Bei 0 °C lösen sich in 1 Liter Wasser 10,3 ml O₂ und 18,1 ml N₂. Das ist für das Leben im Wasser wichtig. Dabei hängt die Löslichkeit der Gase noch von der Temperatur ab:

Die Abhängigkeit der gelösten Gasmenge von der Temperatur ist für Wärmekraftwerke, die ihr Kühlwasser an Flüsse abgeben, wichtig. Sie heizen bei ungenügender Abkühlung mit dem Abwasser die Flüsse auf und beeinflussen dadurch die Sauerstoffbilanz. Sie bedrohen damit aber auch das tierische Leben im Wasser. Allerdings gibt es bei den Fischen in der Empfindlichkeit bezüglich Sauerstoffmangel große Unterschiede; Extreme bilden Forelle und Aal.

Manche Gase sind Säureanhydride
Während sich die beiden bislang besprochenen Gase in Wasser nur lösen, reagieren andere Gase darüber hinaus noch mit dem Wasser zu chemischen Verbindungen. Chlorwasserstoff HCl, der sich bei Verbrennung von PVC bildet, reagiert zur starken Salzsäure. Da sind weiter die Säureanhydride wie Schwefeldioxid SO₂, die reaktiven Stickoxide NO und NO₂ ("NO_x") und vor allem das Kohlenstoffdioxid CO₂:

Alle diese Reaktionen sind exotherm. Deshalb wird die Löslichkeit der Gase durch Abkühlen gefördert.
Die Säuren finden sich im Sauren Regen oder im Oberflächenwasser. Ihre Bildungsgleichgewichte werden durch Protonenabspaltung verschoben; denn die entstehenden Anionen sind stabiler als ihre Säuren.

Die besondere Rolle des CO₂
Die folgende Tabelle zeigt die Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit von CO₂ in einem Liter Wasser (Druck 1,031 bar).

Das im Meer gelöste CO₂ ist besonders wichtig für die CO₂-Bilanz der Atmosphäre. Es spielt bei den Treibhausszenarien eine wichtige Rolle. Momentan scheint sich noch genügend CO₂ im Meer zu binden, vor allem auch, weil die Meeresorganismen das CO₂ in der Form des Hydrogencarbonats zum Aufbau von Carbonat-Schalen oder zur Fotosynthese verwenden.
Wenn es jedoch wärmer wird, ist die Grenze der Löslichkeit irgendwann erreicht, dann wird das Gas wieder frei gesetzt. Dadurch heizt sich die Atmosphäre noch rascher auf, das wiederum erwärmt die Meere noch mehr... Hier sprechen wir von einem Autozyklus.

Auch manche Basen lösen sich im Wasser
In Wasser lösen sich bestimmte Basen, die mit Wasser Laugen bilden. Dazu gehören Ammoniak und Amine.

Das ist wichtig für die Abwässer von Bauernhöfen und Viehzucht-Großbetrieben. Das Ammoniak wird bakteriell zu Nitrit und Nitrat mineralisiert.

Chemische Springbrunnen
Einige Gase wie Ammoniak lösen sich sehr gut in Wasser. So löst 1 l Wasser bei 0 °C 1176 Liter Ammoniak, bei 20 °C 702 l des Gases! In einem geschlossenen Raum bildet sich bei Kontakt des Gases mit etwas Wasser rasch ein Vakuum. Darauf beruht die Funktion des chemischen Springbrunnens (-> Versuch). Eine Versuchsvariante dazu stellen wir in unserer Webseitensammlung "Tipp des Monats" vor.

(Foto: Daggi)

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