Wie entsteht die Bindung von Eiskristallen beim Gefrieren von Wasser?

Beim Gefrieren von Wasser bilden sich Eiskristalle durch einen Prozess, der als Kristallisation bezeichnet wird. Wasser besteht aus Molekülen, die aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom (H₂O) bestehen. In flüssigem Wasser sind diese Moleküle in ständiger Bewegung und bilden temporäre Wasserstoffbrückenbindungen, die relativ schwach sind.

Wenn die Temperatur sinkt und das Wasser gefriert, verlangsamen sich die Moleküle und die Wasserstoffbrückenbindungen werden stabiler. Bei 0 °C und darunter ordnen sich die Wassermoleküle in einer hexagonalen Struktur an, die charakteristisch für Eis ist. Diese Struktur entsteht, weil jedes Wassermolekül bis zu vier Wasserstoffbrückenbindungen mit benachbarten Molekülen eingehen kann. Diese Anordnung führt zu einem offenen, gitterartigen Netzwerk, das weniger dicht ist als flüssiges Wasser, weshalb Eis auf Wasser schwimmt.

Die Bindung zwischen den Eiskristallen ist also das Ergebnis der stabilen Wasserstoffbrückenbindungen, die in der festen Phase stärker ausgeprägt sind als in der flüssigen Phase. Dies erklärt auch die besonderen Eigenschaften von Eis, wie seine geringere Dichte und die Fähigkeit, Wärme zu isolieren.