Ein Sauerstoffatom besitzt zwei einfach besetzte Wolken; es kann deshalb zwei Wasserstoffatome binden. Die drei Kerne des H 2 O - Moleküls liegen nicht auf einer Geraden, sondern bilden einen Winkel, weil auch die einfach besetzten Wolken des Sauerstoffatoms nicht auf einer Geraden mit dem Kern liegen.

Im Wassermolekül zieht die höhere Ladung des

Sauerstoffkernes die gemeinsamen Elektronen näher zu sich und stößt gleichzeitig die beiden Wasserstoffkerne (Protonen) von sich weg. Diese liegen deshalb stark exzentrisch in der gemeinsamen Wolke, und die Bindungselektronen halten sich im zeitlichen Durchschnitt näher beim Sauerstoffkern auf. Dadurch erhält das Sauerstoffatom einen Überschuss an negativer Ladung, während das Wasserstoffatom im Vergleich dazu positiv geladen erscheint. Die Bindung bekommt ein positives und ein negatives Ende, d.h. sie wird polar. Obwohl das Wassermolekül im Ganzen elektrisch neutral ist, ist die Ladung in ihm nicht gleichmäßig verteilt: es besitzt ein positives und ein negatives Ende, es ist ein „Dipol“. Nur wenn zwei gleiche Atome miteinander eine Atombindung eingehen, halten sich die gemeinsamen Elektronen meistens genau in der Mitte zwischen den Kernen auf, da beide Kerne dieselbe Anziehungskraft auf die negative Ladung haben, Bindungen zwischen verschiedenen Atomen sind also immer mehr oder weniger polar, weil das kleinere Atom oder das mit der größeren Kernladung die gemeinsamen Elektronen mehr anzieht und der Schwerpunkt der bindenden Ladungswolke näher zu diesem Atom hinrückt. Die Polarität einer Bindung wird also um so größer, je mehr sich die Atome in der Fähigkeit, Elektronen anzuziehen, in der Elektronegativität (EN),

unterscheiden. Die Elektronegativität ist um so größer, je größer die Ladung und je kleiner der Durchmesser des Atomrumpfes ist. Innerhalb einer Gruppe im Periodensystem nimmt die EN nach unten ab, weil der Durchmesser des Atoms wächst. Innerhalb einer Periode nimmt die EN nach rechts zu, da die Ladung steigt.

Da sich die entgegengesetzt geladenen Enden polarer Bindungen gegenseitig anziehen, sind polare Bindungen stärker als unpolare, weil diese Anziehung zur bindenden Wirkung der gemeinsamen Ladungswolke hinzukommt. Polare Bindungen sind deshalb schwerer in Atome zu spalten als unpolare. Es muss zur Trennung der Bindung mehr Energie aufgewendet werden. Die Bindungsenergie ist also um so höher, je polarer die Bindung ist. Aber auch der Abstand der beiden Atomkerne, die Länge der Bindung, hat einen Einfluss auf die Bindungsenergie: längere Bindungen sind schwächer, haben also kleinere Bindungsenergien.

Wasserstoffbrücken

Wassermoleküle können sich, wegen ihrem gewinkelten und den polaren Atombindungen, so anordnen, dass der relativ positive Pol mit den Wasserstoffatomen und der relativ negative Pol mit den freien Elektronenpaaren am Sauerstoffatom in Wechselwirkung treten. Diese Wechselwirkung bezeichnet man als Wasserstoffbrückenbindung. Das Vorhandensein von Wasserstoffbrücken ist für die charakteristischen Eigenschaften des Wassers verantwortlich. Diese Wasserstoffbrückenbindungen sind im Eis am meisten vorhanden, d.h. fast jedes Wassermolekül beteiligt sich an einer riesigen Wasserstoffbrückenbindung. Das so entstandene „Riesenmolekül“ (Makromolekül) ist mit dem bloßen Auge sichtbar und hat sehr große Ausmaße. Beim schmelzen von Eis zerfallen die Wasserstoffbrückenbindungen in einzelne kleinere Varianten. Erhitzt man nun weiter passiert zunächst nichts. Erst bei einer Temperatur von 100°C beginnt das Wasser zu sieden. Im entstanden Wasserdampf sind immer noch Wasserstoffbrücken vorhanden, wobei diese so wenige H 2 O

Moleküle umfassen, dass sich diese aus dem flüssigen Wasser lösen können und in die Luft übergehen. Sie sind als Dampf sichtbar. Um alle Wasserstoffbrücken zu zerstören muss man den Wasserdampf ultrahoch erhitzen (über 1000°C).

Die Wasserstoffbrückenbindungen sind die Ursache dafür, dass die Wassermoleküle im Molekülgitter nur sehr locker gepackt werden können. Daher beträgt die Dichte des Eises nur

0,92g/cm ³ . Beim Schmelzen bricht die Gitterordnung

zusammen, die Moleküle können sich dichter aneinander legen

und Wasser hat eine höhere Dichte als Eis (1g/cm ³ ). Die

Wasserstoffbrückenbindung ist verantwortlich für das einzigartige Volumen- und Dichteverhalten des Wassers, der Anomalie des Wassers. Im Festen Zustand hat Wasser das größte Volumen, da hier fast alle Wassermoleküle in eine Brücke integriert sind. Die Elektronenwolken sind eine Art Platzhalter zwischen den Molekülen und halten diese auf größtmöglichem Abstand. Die größte Dichte besitzt Wasser bei 4°C, da hier die Moleküle am nächsten zusammenrücken können. Ist Wasser wärmer als 4°C vergrößert sich der Abstand zwischen den Molekülen wieder, wegen der, durch höhere Temperatur verursachten, erhöhten Teilchenbewegung. Seen frieren durch diese Eigenschaft meist nur oberflächlich ein, da die dichteste Schicht immer nach unten Absinkt. Wenn es nun an der Oberfläche Minusgrade hat beginnt die oberste Wasserschicht sich abzukühlen und somit erhöht sich die Dichte. Diese abgekühlte Schicht sinkt ab und die, die sich nun an der Oberfläche befindet, beginnt ebenfalls abzukühlen. Wenn nun alle Schichten auf 4°C abgekühlt sind, nimmt die

Dichte zu und eine vier Grad warme Schicht bleibt am Boden und kühlt sich erst dann weiter an, wenn sich die darüber befindende Schicht mehr abkühlt. Diese Eigenschaft lässt viele Tiere im Wasser auch im Winter überleben.

Siede- bzw. Schmelzpunkte von Wasserstoffverbindungen Die Siedetemperatur von H 2 O (100°C) ist viel höher als die von H 2 S (ca. -60°C). Dies liegt an der stärke der polaren Bindung, je stärke diese ist, um so schwerer ist es die Moleküle voneinander zu trennen. Die Bindung H 2 O ist wegen der großen Differenz der EN-Werte von Wasserstoff und Sauerstoff stark polar. Deswegen ergeben sich Wasserstoffbrücken. Auch bei HF ist der Siedepunkt ziemlich hoch (ca.25°C), da diese Bindung ebenfalls stark polar ist, hier bilden sich ebenfalls Wasserstoffbrücken. Die Stärke der Wasserstoffbrücken nimmt mit der Polarität der Bindung in der Reihe N-H, O-H, F-H zu. Jedes Wassermolekül kann zu den Nachbarmolekülen zwei Wasserstoffbrücken ausbilden. Sie bewirken, dass die Siedetemperatur von Wasser noch höher ist als die von Fluorwasserstoff, da beim Fluorwasserstoff jedes Molekül zu den Nachbarmolekülen nur eine Wasserstoffbrücke bilden kann.

Zwischen H 2 S-Molekülen wirken wesentlich geringere Kräfte, da die Polarität der H-S Bindung nur gering ist. Genauso ist es auch bei den PH 3 -Molekülen, der Siedepunkt liegt hier bei -88°C. Da diese Bindung nur sehr gering polar ist, ist auch der Siedepunkt viel niedriger als der von H 2 O oder PH 3 . Man kann also sagen, je stärker die polare Bindung zwischen den Molekülen ist, desto höher ist der Schmelz- bzw. Siedepunkt.

Eis und Schneekristalle

Aufbau:

Im Eis ist ein Sauerstoffatom tetraedrisch von vier Wasserstoffatomen umgeben, wobei zwei Wasserstoffatome durch Atombindung und die anderen zwei durch Wasserstoffbrücken gebunden werden. Diese Anordnung gibt ein sehr voluminöses, lockeres Gitter mit durchgängigen Holräumen von sechseckigem Querschnitt. Diese hexagonale Struktur zeigen auch Schneekristalle (s. Abb.).

Vorgänge beim Schmelzen

Beim Schmelzen bricht die Gitterordnung zusammen, so dass Wasser bei 0°C eine höhere Dichte besitzt als Eis. Beim weiteren Erwärmen werden die Bruchstücke immer kleiner, dadurch steigt die Dichte des Wassers bis 4°C an. Bei steigender Temperaturerhöhungen dehnt sich Wasser wie jede andere Flüssigkeit aus, du Dichte nimmt also wieder ab. Wegen dieser Struktur besitzt Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser und schwimmt so auf diesem.

Kristallwasser

V: Erhitzen von blauem Kupfersulfat (CuSO 4 )

Durchführung:

Man erhitzt blaues Kupfersulfat (CuSO 4 ) in einem schräggestellten Reagenzglas. Man muss dabei beachten,

dass das kondensierte Wasser nicht zurückläuft, da sonst das Glas platzen kann. Ergebnis:

Beim Erhitzen von blauem Kupfersulfat (CuSO 4 ) ist das Sulfat nicht mehr blau sondern weiß und es kommt zu einer Dampfbildung.

Bei Zugabe von Wasser (H 2 O) erfolgt unter exothermer Reaktion eine erneute Blaufärbung, deshalb ist Kupfersulfat ein Nachweißmittel für Wasser. Was ist Kristallwasser?

Kristalle mancher Verbindungen enthalten Wasser, das beim Erhitzen entweicht (→Versuch). Dabei verändert sich die Struktur des Kristalls. Dieses Wasser nennt man Kristallwasser.

„Kristallwasser“ ist also durch eine chemische Reaktion in Kristallen gebundenes Wasser. Die Wassermoleküle befinden sich im Kristallgitter an geometrisch genau definierten Stellen, sie sind also Gitterbausteine. Aufbau des Ionengitters

Salze, die Hydrate bilden können, haben meist ein hygroskopisches Ionengitter, d.h. sie nehmen Wasser aus der Luft auf und binden dies, wodurch Wassermoleküle in das Ionengitter eingebaut werden.

Manche dieser Salze (z.B. Kaliumchlorid) werden deshalb oft als Trockenmittel verwendet.

Lösungsmittel

V: Warum löst Wasser nur bestimmte Stoffe?

Durchführung/Beobachtung:

Füllt man Wasser in ein Reagenzglas in dem sich Kaliumchlorid (KCl) befindet, so löst sich KCl auf. Nimmt man anstatt Wasser Benzin, löst sich das KCl nicht auf. Die Eigenschaft von Wasser, Salze zu lösen, lässt sich damit erklären, dass Salze aus Ionen aufgebaut sind. An diese lagern sich die Wassermoleküle entsprechend ihrer Polung, wobei Energie frei wird, die die Ionen in die Lage versetzt die Gitterenergie zu überwinden. Wasser kann nur Moleküle lösen, die polar sind, wie ⁺ Verbindungen mit --OH-, -COO- oder NH 3 -Resten. Diese

Reste gehen mit Wasser Wasserstoffbrücken ein. Wasserlösliche Stoffe sind z.B. Salze und Saccharide (Zucker). Apolare Stoffe, wie z.B. Lipide (Fette), bilden mit Wasser keine Wasserstoffbrücken und sind demnach nicht wasserlöslich. Wasserlösliche Stoffe bezeichnet man als hydrophil, wasserunlöslich als hydrophop. Temperaturveränderung beim Lösen

Um das Ionengitter vollständig zu sprengen muss Gitterenergie angewendet werden. Durch den Energieüberschuss erwärmt sich die Lösung. Die Differenz von Hydrationsenergie und Gitterenergie ist die Energie, die beim Lösen eines Salzes umgesetzt wird, man nennt sie Lösungswärme. Es ist jedoch beim Lösen eines Salzes in Wasser häufig zu erkennen, dass sich das Wasser abkühlt. Dies ist der Fall, wenn die Gitterenergie nicht ganz von der Hydrationsenergie aufgebraucht wird. Den fehlenden Energiebetrag liefert die Wärmeenergie des Wassers, das sich dadurch abkühlt. Erklärung des Auflösevorgangs

Eine weitere Eigenschaft des Wassers ist also das Lösen von Stoffen, auch Hydration genannt. Beim Lösen von Salzen (z.B. NaCl) in Wasser (H 2 O) lagern sich die Dipole des Wassers an der Oberfläche des Gitters an, da sie von den Ionen des Salzes angezogen werden. An den Ecken und Kanten des Ionengitters werden mehrere Wassermoleküle von einem Ion angezogen..

Da die Ionen, die sich am Rand des Gitters befinden geringere Gitterkräfte als die übrigen Ionen des Gitters besitzen können diese sehr leicht von Wassermolekülen abgetrennt werden. Die Ionen des Salzes werden also von einem „Wassermantel“ vollständig umhüllt.. Bei der Umhüllung von Ionen durch Wassermoleküle wird Energie frei, die sogenannte Hydrationsenergie. Die dadurch entstehende größere Bewegung lockert das Gitter. Dieser Vorgang kann bis zum völligen Abbau des Gitters wiederholt werden. Die Hydrationsernergie bildet damit den Hauptteil der zum Lösen einen Ionengitters notwendigen Energie. Sie ist umso großer, je stärker die Wassermoleküle gebunden werden, d.h. je kleiner und höher geladen die Ionen sind.

Wasser als Abgas: Brennstoffzelle

Betrieb einer Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode) in einem Elektrolyten Zu ihrem Betrieb sind Sauerstoff und Wasserstoff erforderlich. Der Wasserstoff wird der Anode zugeführt, wo er unter Einfluss eines Katalysators in Wasserstoff-Ionen und Elektronen aufgespalten wird. Die Ionen wandern durch den Elektrolyten zur Kathode, der Sauerstoff wird aus der Luft zugeführt. Die Elektronen fließen über einen externen Stromkreis ebenfalls zur Kathode und verrichten dabei elektrische Arbeit. An der Kathode bildet sich Wasser durch die Reaktion von Wasserstoff-Ionen mit Sauerstoff und Elektronen. Bei dieser Umwandlung entstehen direkt Elektrizität und Wärme, jedoch keinerlei unerwünschte Abgase, sondern Wasser als „Abfallprodukt“.

Funktion einer Brennstoffzelle

In Brennstoffzellen kann der Wasserstoff auf elektronischem Wege mit deutlich höherem Wirkungsgrad als in herkömmlichen Verbrennungs-prozessen in elektrischen Strom umgewandelt werden. Bei dieser „kalten Verbrennung“, ohne Umweg über die übliche thermische Verbrennung mit Dampferzeugung, Turbinen und Generatoren, wird die elektrische Energie, die bei der Elektrolyse in chemischer Energie umgewandelt wurde, abzüglich der Umwandlungsverluste wieder zurückgewonnen. Brennstoffzellen spielen eine zentrale Rolle, da sie unabhängig von einer künftigen Wasserstoffnutzung- mit Erdgas oder Menthanol relativ kurzfristig einsetzbar sein könnten und sowohl Strom als auch Nutzwärme mit hohem Wirkungsgrad und geringen Emissionen erzeugen.

Brennstoffzellen haben einen modularen Aufbau und sind daher in allen Größen denkbar. In Demonstrationsobjekten haben sie Laptop-Computern und Handys den Akku ersetzt, Autos

angetrieben und Häuser und Wohngebiete mit Strom und Wärme versorgt.

Für ein Brennstoffzellen- Kraftwerk werden mehrere 100 einzelne Brennstoffzellen zu einem Zellenstapel zusammengefasst.

Zusatzthema

Wasserstoff- Warum ist er ein Energieträger? Wasserstoff ist eigentlich keine Energie im eigentlichen Sinne, sondern ein Energieträger, ähnlich wie elektrischer Strom. Weil sich Wasserstoff gut speichern lässt, ist er ein Energieträger mit einem sehr großen Anwendungsbereich. Wasserstoff eignet sich als Treibstoff führ Fahrzeuge genauso gut wie zum Heizen oder zur Stromerzeugung. Er ist der ideale Energieträger für regenerative Energiequellen.

Wasserstoff- Energie der Zukunft?

Es war Sir William Grove, der 1839 erstmals Strom durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugte. So genial diese Idee auch war und ist- durchsetzten konnte sie sich damals gegen das generatorische Prinzip der Stromerzeugung nicht. Zu schnell vollzog sich die Entwicklung hin zu immer größeren Kraftwerken und damit auch kostengünstigerer Stromerzeugung. Beleg für die Zuverlässigkeit und Praxistauglichkeit lieferte die Brennstoffzelle stets in Spezialanwendungen und unter extremen Bedingungen- in der Stromerzeugung für Raumkapseln und als U-Boot-Antrieb. Ihre Renaissance vor etwa zehn Jahren verdankt sie der Suche nach alternativen Antriebssystemen für Kraftfahrzeuge und nach besonders umweltschonenden Kraftwerken.

Wasserstoff wird also bereits seit langer Zeit, für industrielle Zwecke in großem Maßstab, überwiegend aus Erdgas oder Erdöl gewonnen. Er dient als chemischer Rohstoff, als

Laborgas und wird auch in der Raumfahrt als Treibstoff genutzt. In Zukunft sollte sein Hauptverwendungszweck aber in Energiespeicherung liegen, beispielsweise für den Transport von Personen und Gütern.

Die größten Automobilkonzerne arbeiten fieberhaft an der Entwicklung von wasserstoffbetriebenen Serienwagen. Nach dem heutigen Stand werden wir wohl in wenigen Jahren mit wasserstoffbetriebene Fahrzeuge erstatten können. Dies hängt jedoch unter anderem davon ab, wie viel Zeit und Geld in die Entwicklung gesteckt wird.

Wasserstoffautos

Die neue Generation Autos soll nur noch Wasserdampf als Abgas produzieren. Die Wasserstoffautos fahren mit einer Brennstoffzelle, die durch Wasserstoff angetrieben wird. Sie haben unglaublich hohe Reichweiten. Der Wasserstoffvorrat auf der Erde wird nicht verbraucht, sondern erscheint nur in anderer Form, dem Wasser.

Zusatzthema

Wasser- Zahlen, Fakten, Wissenswertes In unserer Gesellschaft wird zu gedankenlos mit Wasser umgegangen:

Aufgrund unsere Lebensweise verbrauchen wir täglich im Durchschnitt ca. 132 Liter Wasser. Die Industrie hat jedoch einen weitaus höheren Wasserbedarf, nämlich 90% des gesamten Wasserverbrauchs. Um 1 Liter Benzin herzustellen werden 20 Liter Wasser benötigt, für die Herstellung eines PKW’s braucht man sogar 380 000 Liter Wasser. Vorkommen

Die Oberfläche der Erde besteht zu 77% aus Wasser, allerdings sind davon wiederum 97% Meerwasser und dadurch als Nutzwasser unbrauchbar. Und nur 0,5% des Wassers auf der Erde sind als Trinkwasser nutzbar. Der andere Teil ist Salzwasser (siehe oben), verschmutzt oder in Gletschern eingefroren.

Je nach Temperatur und Druck erscheint das Wasser auch als Nebel, in Wolken, als Regen, Reif, Schnee oder Hagel.

Wichtige Aufgaben von Wasser in unserem Körper Unser Körper besteht bis zu ca. 70% aus Wasser. Der tägliche Bedarf an Wasser beträgt beim Menschen 2-3 Liter, ohne die der Körper austrocknen würde.

Eine der wichtigsten Aufgaben des Wassers ist das Binden von Schadstoffen und der Abtransport dieser Schadstoffe zur notwendigen Reinigung des Körpers von innen. Weiter versorgt das Wasser in unserem Körper als Hauptbestandteil des Blutes jede Zelle mit Nährstoffen und transportiert die Abwehrkörper: Wasser....

• spült die Gifte im Körper zu Leber und Nieren

• wirkt bei der Regulierung des Energiehaushaltes mit

• lässt

• reguliert den Säure - Basen Haushalt

• ist Lösungsmittel bei vielerlei wasserlöslichen Stoffen

• wirkt beim Stoffwechsel mit

• regelt die Temperatur

• wirkt als Puffersystem

Jeder Mensch scheidet täglich ca. 5% Flüssigkeit aus. Dies

geschieht Verdauungsweg, Ausscheidungsorgane: Haut und Lunge. Wir scheiden alle 20 Tage unsere gesamte Flüssigkeit einmal aus.

Um das Gleichgewicht im Körper einzuhalten, müssen wir täglich 2-3 Liter reine Flüssigkeit trinken. Wir nehmen pro Jahr also ca. 1000 Liter Flüssigkeit zu uns.

Verunreinigung des Trinkwassers

Unser wichtigstes Lebensmittel Trinkwasser wird heute von immer mehr Seiten gefährdet.Kaum eine Woche vergeht, ohne das Presse, Rundfunk oder Fernsehen über verschmutztes Trinkwasser berichten. Die häufigsten Verschmutzungen sind:

• die biologische Verschmutzung durch Bakterien, Viren,

Pilze und Parasiten

• die anorganische Verschmutzung durch Chloride, Nitrat

und Schwermetalle

• die

organische Verschmutzung durch Insektizide, Pestizide und Herbizide.

Möglichkeiten der Wasseraufbereitung

Zur Wasseraufbereitung haben sich mehrere Systeme herausgebildet, wie z.B.

• die einfache Destillation - aqua destillata (für chemische

und pharmazeutische Zwecke)

• die doppelte Destillation - aqua bidestillata (vielfach für

medizinische Zwecke)

• mehrfache Destillation in speziellen Apparaturen aus

Auch zur Wasserverbesserung an der „Zapfstelle“, also dort wo das Wasser gebraucht wird, wie z.B. in der Küche, haben sich mehrere Systeme entwickelt. Es gibt z.B.

• Ionentauscher (das harte kalkhaltige Wasser durchfließt

ein Austauschmaterial, das mit Natriumionen angereichert wird)

• Diverse Filterarten

• Die Dampfdestillation

Wie das Wasser auf die Erde kam

Der Vorrat an flüssigem Wasser auf der Erde beträgt 1,36 Milliarden Kubikkilometer. Wie kamen diese gewaltigen Wassermengen auf die Erde? Die moderne Wissenschaft verbindet diese Frage mit dem Rätsel der Entstehung der Erde überhaupt. Man ist heutzutage der Meinung, dass sich die Sonne aus einer unermesslich großen Gaswolke entwickelt hat, die aus Wasserstoff und Helium bestand. In dieser Gaswolke waren als feiner Staub alle Elemente schon enthalten, aus denen sich später die Planeten zusammensetzten. Einer dieser Bestandteile war Wasser in Form von Dampf, Kristallen und winzigen Tröpfchen.

Während die kosmische Wolke im Weltall herumwirbelte, bildete die Schwerkraft eine Kernzone, die sich fest zusammenballte. Mit zunehmender Dicht des Kerns stieg seine Temperatur, bis sich schließlich das unvorstellbare Ausmaß von etwa 12,8 Millionen Grad Celsius erreichte. Bei dieser Temperatur wandeln sich Wasserkerne in Helium um und setzten Energie frei. Damit begann die thermonukleare Reaktion, die sich selbst speisende Quelle für Sonnenwärme und Sonnenlicht.

Die Sonne verdichtete sich zu einem selbstständigen Körper, noch bevor sie die sie umgebende kosmische Wolke in sich

hineingezogen hatte. Was übriggeblieben war, raste in Form riesiger, wirbelnder Scheiben aus kollidierenden Partikeln weiter umher. Die Scheiben wurden zu immer größeren Anhäufungen von Materie aus denen nach mehreren Millionen Jahren die neun Mitglieder der Planetenfamilie entstanden. Das Wasser, das ein Bestandteil der ursprünglichen, kosmischen Wolke war, verteilte sich auf die Planeten. Menge und Beschaffenheit des Wassers waren dabei abhängig von der Masse des Planeten (die seine Schwerkraft bestimmt) und von seiner Entfernung zur Sonne (welche die Oberflächentemperatur des Planeten bestimmt). Menge und Art des Wasserhaushaltes der Erde haben sich aus der Größe und der Position unseres Planeten im Sonnensystem ergeben. Die Schwerkraft der Erdmasse reicht aus, um eine Atmosphäre aus Wasserdampf und anderen Gasen zu halten. Bei einer durchschnittlichen Entfernung von 149,5 Millionen Kilometern von der Sonne hält sich die Erde nahe an dem Kern einer schmalen Zone auf, in der die Temperaturen so sind, dass Wasser als Flüssigkeit, in fester Form und als Dampf existieren kann. Gemessen an kosmischen Größenordnungen ist diese Zone recht klein: Ein Gürtel von 120 Millionen Kilometern Breite - das sind etwa zwei Prozent vom Radius des Sonnensystems. Der kosmische Staub, aus dessen Zusammenballung die Erde hervorging enthielt also auch Bestandteile des Wassers. Wie aus diesen Molekülen ganze Ozeane von Wasser, riesige Berge aus Eis und feuchte Atmosphäre entstehen konnten ist umstritten. Die heute überwiegend anerkannte Theorie besagt, dass sich die Erde durch den Aufprall von weiterer meteorähnlicher Materie aus dem All, durch Radioaktivität, die damals etwa fünfzehnmal höher war als heute und durch den Druck, der mit der Verdichtung der Urmaterie weiter zunahm, in ihren Anfängen sehr stark erwärmte. Nach dieser Theorie wurde die Erde schließlich so heiß, dass sie zu schmelzen begann. Zuerst im Kern und im Laufe von etwa hundert Millionen Jahren durch und durch. Das Wasser verdampfte und da sich Wassermoleküle bei großer Hitze in ihre Bestandteile auflösen, verschwand es schließlich ganz. Zwar hatte Wasser aufgehört auf der Erde zu existieren, aber als Möglichkeit blieb es vorhanden, da Wasserstoff und

Sauerstoff zu den Gasen gehörten, die innerhalb und oberhalb der turbulenten Oberfläche de geschmolzenen Planeten umherwirbelten.

Als die Radioaktivität nachließ und die Zusammenballung des Erdkörpers sich verlangsamte, kehrte sich der Temperaturkreislauf um: Die Erde kühlte jetzt allmählich ab. Ehe die Erdkruste hart geworden war, verflüchtigte sich der größte Teil der Atmosphäre heißer Gase in den Weltraum. Die Erde schaffte sich selbst Ersatz, indem sie Gase, einschließlich Wasserdampf, aus ihrem Inneren blies. Aus Spalten, Kratern und platzenden Blasen zähflüssigen Gesteins schoss der Dampf empor und kondensierte in der Kälte der höheren Atmosphäre, sodass sich allmählich eine dichte Wolke von Wassertröpfchen und Schnee um die Erde legte. Je weiter die Abkühlung fortschritt, desto mehr senkte sich das Wasser aus der Luft auf die Erdkruste nieder, bis diese schließlich so weit abgekühlt war, dass das Wasser auf sie auftreffen konnte, ohne gleich zu verdampfen. Und nun setzte eine Sintflut ein, die Jahrhunderte lang andauerte. Der Wolkenmantel verdünnte sich dadurch so weit, dass sie Sonne durchdrang und das Wasser der Urmeere erwärmte.