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H2O & mehr: Die Struktur von Wasser

Vom H2O Molekül über Wasserstoffbrücken zu penta- und hexagonalen Clustern:


Wasser ist ein Dipol

Rein chemisch gesehen besteht Wasser aus Molekülen, gebildet aus je zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoff-Atom. Das Sauerstoff-Atom hat eine zweifach negative Ladung, jedes der beiden Wasserstoffatome eine einfach positive. Durch diesen Dipol-Charakter ziehen sich die Wassermoleküle wie Magnete gegenseitig an und können sich mit Hilfe sogenannter Wasserstoffbrückenbindungen zu Clustern zusammenlagern. Dabei geht jeweils eines der H-Atome mit dem Sauerstoff-Atom eines anderen Moleküls eine Verbindung ein. Neben der Wasserstoffbrückenbindung gibt es noch die wesentlich stabilere "kovalente" Bindung, bei der sich Wasser- und Sauerstoffatome Elektronen teilen. Soweit zu einer rein molekularen Betrachtungsweise. 

Aber wie verhält sich ein
 Wassermolekül einem anderen Wassermolekül gegenüber oder gegenüber Molekülen anderer Art? Für diese Interaktion unter verschiedenen Gegebenheiten gibt es unterschiedliche Theorien und Modelle. Sie alle versuchen, das mysteriöse Verhalten von Wasser zu erklären, das in kein Schema passen will. Die Forschungen von Professor Pollack zu einer möglichen 4. Phase des Wassers fügen ein neues, plausibles Erklärungsmodell hinzu, das gut mit Experimenten belegt ist.

Wasserstoffbrücken



Wassermoleküle gruppieren sich in der Regel in Gruppen verschiedener Größen, um größere Stabilität zu erlangen. Verantwortlich für dieses Verhalten ist in erster Linie die elektromagnetische Anziehung. Denn obwohl ein Wassermolekül als Ganzes keine Ladung trägt, ist sein Sauerstoff-Atom negativer geladen (--) als die beiden Wasserstoff-Atome (+). Das Molekül besitzt deshalb ausgeprägte elektrische Pole - und somit die Fähigkeit, andere Wassermoleküle anzuziehen. Wissenschaftler bezeichnen solche Verbindungen als Wasserstoffbrückenbindungen.

Natürlicherweise verbinden sich die Moleküle in 5er (pentagonal) bzw. 6er (hexagonal) Gruppen oder Ringen. Wassermoleküle, die sich in hexagonaler Struktur anordnen, haben einen Bindungswinkel von 109,5 Grad. Diese Verbindung ist stärker; sie verleiht dem Wasser eine größere Strukturstabilität und kann mehr Energie speichern bzw. freisetzen. Bilden diese Hexagone ein hexagonales Netzwerk, addiert sich auch die Energie. Je ausgeprägter die hexagonale Struktur im Wassernetzwerk, desto größer die potentielle Energie des Wassers (Hexagonales Wasser: Der Schlüssel zur Gesundheit, S. 38)
Hier eine gut verständliche, animierte Erklärung zu den Wasserstoffbrücken:

Gäbe es keine Wasserstoffbrückenbindungen, dann wäre Wasser ab -80°C gasförmig und würde erst unterhalb von -90°C fest. Auch die hohe Oberflächenspannung, der relativ hohe Siedepunkt und die Dichteanomalie des Wassers gäbe es ohne die Wasserstoffbrücken nicht. Nach den jüngsten Forschungen und Theorien sind die Wasserstoffbrückenbindungen nur ein Teil der Erklärung für die Anomalien des Wassers. Erst das Modell der 4. Phase liefert eine Erklärung, warum Wasser sich so verhält.

Wassercluster - der Tanz der Moleküle

Der renommierte Physiker Dr. Wolfgang Ludwig drückte es so aus, dass im Wasser bei Zimmer-Temperatur etwa 400 Einzelmoleküle zu größeren Haufen (englisch "Cluster") vernetzt sind, also Großmoleküle bilden. Das Max-Planck-Institut  für Dynamik und Selbstorganisation bestätigt dies, mehr dazu hier (PDF zum Download).

Wasser ist im flüssigen Zustand beweglich.  Eine Theorie besagt, dass der Verbund der Wassermoleküle über Wasserstoffbrückenbindungen nur für Bruchteile von Sekunden besteht, wonach sich die einzelnen Moleküle wieder aus dem Verbund lösen und sich in einem ebenso kurzen Zeitraum erneut – mit anderen Wassermolekülen – verketten. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig und führt letztendlich zur Ausbildung von variablen Clustern. Diese Vorgänge, so das Erklärungsmodell, könnten die besonderen Eigenschaften des Wassers bewirken. Wenn Cluster ständig zerfallen und sich neu bilden, könnte Wasser Informationen nicht speichern - auch nicht kurzfristig. Dafür sind auch Wasseranteile mit festerer Bindung nötig.

Jedes Wasser, so besagt eine weiteres Erklärungsmodell, besteht aus zwei Anteilen, die "Wasser I und Wasser II" genannt werden. Hochwertiges, lebendiges Wasser hat einen größeren Wasser II-Anteil, in welchem die Bindungen lt. Dr. Wolfgang Ludwig etwa zwanzigmal fester sind als im Wasser I, dessen Clusterstrukturen instabil sind, ständig zerfallen und sich wieder neu bilden.

Wasser II besteht vorwiegend aus hexagonalen Anteilen, Wasser I aus vorwiegend pentagonalen Clustern. Dies könnte erklären, warum ein Lebendiges Wasser auch Hexagonales Wasser genannt wird, dem Informations-speichernde Eigenschaften zugeschrieben werden. Dazu mehr im nächsten Kapitel zu den Anomalien und der 4. Phase des Wassers.

Die seltsamste Flüssigkeit der Welt

Ein Artikel vom Helmholtz Zentrum Hamburg - von Frank Grotelüschen / Jan Berndorff, März 2024

Dieser umfassende Artikel fasst die wichtigsten Erkenntnisse zusammen, wie Wasser mikro- und makroskopisch mit allem Leben interagiert. Mechanismen, wie Informationsübertragung im Körper vonstatten geht, wurden entdeckt und neue Aufgaben, die Wasser im Körper innehat. Hier ein Auszug aus dem Artikel:

"Eine Überraschung zur Rolle des Wassers hat die neue Methode dem Team von Müller- Werkmeister bereits beschert, als es damit ein Enzym aus einem Bakterium untersuchte. Eine Art molekularer Stummfilm zeigte: Die Informationsübertragung zwischen zwei Untereinheiten des Enzyms läuft nicht wie ursprünglich vermutet durch eine mechanische, quasi zahnradähnliche Wirkung ab, sondern über eine „Telefonschnur“ aus vier Wassermolekülen."

Kurzum: Ein sehr lesenswerter Artikel. 
Hier das PDF zum Artikel.