Als Hagel, Schnee oder Graupel fällt es vom Himmel, im Meer treibt es in Form von Schollen oder Bergen, Wiesen und Bäume überzieht es als Nadeln oder Reif: Eis kann die verschiedensten Gebilde schaffen. Wissenschaftler unterscheiden 17 Arten von Eiskristallen. Die meisten davon stellen sie künstlich im Labor her. Manche Arten fließen zäh wie Honig. Und andere, die bei hohem Druck entstehen, bringen nicht einmal Temperaturen von 500 Grad Celsius zum Schmelzen!
Warum schwimmt Eis im Meer?
Wasser hat, vor allem in seiner gefrorenen Form als Eis, viele verrückte Eigenschaften. Eine davon ist, dass es schwimmt. Ihr habt das sicher schon oft selbst beobachtet, etwa wenn ihr einen Eiswürfel in ein Glas mit Wasser werft: Der kalte Klumpen taucht kurz unter. Dann schnellt er nach oben und schwimmt in der Flüssigkeit.
Das ist ganz normal? Nein! Lasst einen Zinnsoldaten in geschmolzenes Zinn fallen oder eine Kerze in flüssiges Wachs: Beide versinken! Und so ist es bei fast allen Stoffen. Wenn man sie abkühlt, bis sie fest werden, ziehen sie sich zusammen und gehen unter. Wasser aber dehnt sich aus, wenn es bei null Grad Celsius gefriert. Es plustert sich regelrecht auf, und zwar so gewaltig, dass es dabei Flaschen im Eisfach und im Winter Wasserleitungen sprengen kann, ja sogar Felsen!
Eis schwimmt wegen der Wassermoleküle
Um zu verstehen, weshalb das so ist, müssen wir ganz genau hinschauen – auf die winzigen Teilchen, aus denen Eis besteht: die Wassermoleküle. Stellt sie euch am besten als kleine Männchen vor. Jedes setzt sich aus drei Atomen zusammen: dem Sauerstoffatom, das ihr euch als Körper denken könnt. Und zwei Wasserstoffatomen, die wie Arme darangesetzt sind.
Am anderen Ende des Körpers, etwa an der Stelle der Beine, wabern zudem zwei Wolken aus Elektronen. Die Wasserstoffatome und die Elektronen ziehen sich gegenseitig an wie Magnete, die "Arme" greifen also quasi nach den „Beinen“. Wenn es warm ist, zappeln die Wassermoleküle schnell herum und bekommen andere Moleküle immer nur kurz zu fassen, das Wasser bleibt flüssig.
Doch je tiefer die Temperatur, desto langsamer werden die Moleküle. Immer öfter gelingt es ihnen, ihren Nachbarn „festzuhalten“ – bis im Eis schließlich jedes Molekül fest in einem Gitter sitzt und sich kaum noch bewegen kann. Weil die Moleküle sich immer zu sechseckigen Ringen verbinden, bleiben zwischen ihnen große Lücken: Die Moleküle sind weniger dicht gepackt als in Wasser, das Eis dehnt sich aus und schwimmt.
