Warum schwimmt Eis? Die Anomalie des Wassers (Thermodynamik)

Die Tatsache, dass Eis auf Wasser schwimmt, ist ein Beispiel für ein thermodynamisches Phänomen. Thermodynamik beschäftigt sich mit den Gesetzen, die den Energieaustausch und die Veränderungen von Temperaturen, Druck und Volumen in thermodynamischen Systemen beschreiben.

Ganz einfach gesagt, schwimmt Eis auf dem Wasser, weil es eine geringere Dichte als flüssiges Wasser hat. Laut dem Archimedischen Prinzip schwimmt ein Körper in einer Flüssigkeit, wenn seine Dichte geringer ist als die der Flüssigkeit. Da gefrorenes Wasser (Eis) eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser, schwimmt es auf der Oberfläche.

Das klingt zunächst nicht weiter ungewöhnlich – trotzdem spricht man in diesem Zusammenhang von der „Anomalie des Wassers“. Denn im Gegensatz zu den meisten anderen Substanzen/Stoffen nimmt das Volumen von Wasser bei einer Abkühlung bis 4 Grad Celsius nicht ab, sondern sogar zu.

Bei 4 Grad Celsius hingegen sinkt das Volumen des Wassers „plötzlich“ ab, wodurch es im gefrorenen Zustand eine geringere Dichte als das umgebende Wasser hat. Und folglich aufsteigt und schwimmt.

Zurückzuführen ist das letztlich auf die molekulare Struktur der H2O Moleküle, deren Abstand im Eiskristall größer ist als im flüssigen Wasser.