Oberflächenspannung

Wieso gibt es Wassertropfen? Und wie trinken Pflanzen? Und was hat das Eine mit dem Anderen zu tun?

Wir Wasserteilchen haben eine ganz besondere Bindung zueinander, egal ob wir nun Majis sind, oder ob es sich um ganz gewöhnliches Wasser handelt. Das gilt bis herunter zu den kleinsten Teilchen, aus denen Wasser besteht, den Wassermolekülen. Wassermoleküle, vor allem im flüssigen Zustand, ziehen einander stärker an als die Moleküle anderer Stoffe, so als wären sie durch dünne Gummifäden miteinander verbunden.

Für diejenigen Moleküle, die nicht auf allen Seiten von anderen Wassermolekülen umgeben sind, weil sie sich an der Wasseroberfläche befinden, sieht das etwas anders aus: Es gibt keine Moleküle, die sie nach oben ziehen. Um im Gleichgewicht zu bleiben, ziehen sich deswegen die Moleküle an der Wasseroberfläche stärker an als die Moleküle, die ganz im Wasser sind.

Dadurch entsteht eine Kraft an der Wasseroberfläche. Diese Kraft nennt man die Oberflächenspannung des Wassers.

Diese Oberflächenspannung tritt auch bei anderen Flüssigkeiten auf. Nur: beim Wasser ist sie wesentlich größer als bei allen anderen Flüssigkeiten. Mit einer Ausnahme, dem Quecksilber.

Diese große Oberflächenspannung hat enorme Auswirkungen:

Wenn sich eine kleine Menge Wasser in der Luft befindet, weil sie aus einer Wolke oder aus dem Wasserhahn heraus gefallen ist, sorgt die Oberflächenspannung dafür, dass das Wasser nicht auseinander fällt, sondern kleine Kugeln bildet, die Wassertropfen.

Die Oberflächenspannung ist stark genug, um kleine Gegenstände auf der Wasseroberfläche zu halten, die eigentlich so schwer sind, dass sie sinken müssten.

Nun gibt es aber Stoffe, die die Oberflächenspannung des Wassers verringern oder ganz aufheben. Die braucht ihr Menschen, um eure Körper und eure Kleidung zu reinigen. Diese Stoffe heißen Tenside, der bekannteste ist die Seife, und diese Tenside sind in jedem Reinigungsmittel enthalten.

Es gibt Tiere, die diese Eigenschaft des Wassers ausnutzen:

Die wichtigste Auswirkung entdeckt man, wenn man ein dünnes Glasröhrchen in ein Glas Wasser stellt. Wir Wasserteilchen ziehen uns nämlich nicht nur gegenseitig an, wir halten uns auch gern an anderen Stoffen fest, zum Beispiel am Glas. Wir benetzen andere Stoffe. Die Kraft, mit der wir uns an anderen Stoffen festhalten, heißt Adhäsionskraft. Wie genau wir das machen, darüber grübeln eure Wissenschaftler noch nach. Sie haben aber schon einige Theorien entwickelt.

Das Wasser steigt im Röhrchen nach oben.

Je dünner das Röhrchen, desto weiter steigt das Wasser.

In einem Röhrchen von 1 cm Durchmesser steigt das Wasser gerade einmal 1,4 Millimeter. Hat das Röhrchen einen Durchmesser von 2 mm, steigt das Wasser 14 mm hoch. Und in einem Röhrchen von zwei Zehntel Millimeter Durchmesser steigt das Wasser 14 cm hoch.

Hätten wir ein Röhrchen von 2 Mikrometern Durchmesser, also zwei Tausendstel Millimetern, käme das Wasser darin 14 Meter hoch.

Ihr denkt, solche dünnen und langen Röhrchen gibt es nicht? – Nicht aus Glas, aber im Inneren von Pflanzen gibt es Fasern, die so dünn und so lang sind, dass das Wasser mehrere Meter hoch steigen kann. Das muss auch so sein, den in der Pflanze gibt es ja keine Pumpe, die das Wasser zum Beispiel bis in eine Baumkrone hoch pumpt. Das macht das Wasser ganz von allein in den dünnen Pflanzenröhrchen: Es steigt nach oben.