Tropft man auf ein randvoll mit Wasser gefülltes Glas vorsichtig noch Wasser hinzu, so bildet sich ein Flüssigkeitsberg über dem Glasrand. Es erscheint so, als hätte die Wasseroberfläche eine dehnbare Haut, die das Innere zusammenhält. Eine Stecknadel, die vorsichtig auf eine Wasseroberfläche gelegt wird, versinkt nicht. Drückt man aber ein Ende durch die Oberfläche hindurch, so sinkt sie durch das entstandene "Loch". 
Wenn ein Wasserläufer (s. Abb. ) über die Wasseroberfläche läuft, bilden sich zwar Dellen an den Fußenden des Insekts, es versinkt aber nicht. Auch hier 

verhält sich die Wasseroberfläche wie eine elastische Membran. Die große Oberflächenspannung bewirkt auch, dass Wassertropfen annähernd kugelige Gestalt annehmen (s. Abb.). 

Die große Oberflächenspannung deutet darauf hin, dass die Wassermoleküle an der Oberfläche der Flüssigkeit durch relativ starke Kräfte an die restliche Flüssigkeit gebunden werden.

Es handelt sich bei diesen Kräften um Anziehungskräfte zwischen den Molekülen: zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Die beiden Bindungen im Wassermolekül sind stark polar (große EN-Differenz => Teilladungen mit δ+ beim H-Atom und δ- beim O-Atom), Polarität und gewinkelte Struktur machen das Wassermolekül zum Dipol. Zwischen den Dipolen gibt es aufgrund der Teilladungen eine elektrostatische Anziehung, die Dipol-Dipol-Kraft. Zusätzlich existiert eine Bindung zwischen einem freien, nicht-bindenden Elektronenpaar 

eines O-Atoms im Wassermolekül und einem partiell positiv geladenen H-Atom eines benachbarten Wassermoleküls, die Wasserstoffbrückenbindung. Das freie, nicht-bindende Elektronenpaar bildet quasi eine "Brücke" zum nächsten Wassermolekül. Diese, durch ein freies, nicht-bindendes Elektronenpaar gebildete "Wasserstoffbrücke" ist fünfmal stärker als die Anziehung aufgrund der  Dipol-Eigenschaft.

Seifen und Tenside sind grenzflächenaktive Stoffe, die die Oberflächenspannung herabsetzen. Seifen bilden in Wasser Anionen, die aus einem unpolaren und einem polaren Teil bestehen. Sie reichern sich 

an der Wasseroberfläche an und richten sich aus: Der polare Teil steckt im Wasser und der unpolare Teil ragt in die Luft. Dadurch wird die Oberflächenspannung des Wassers gemindert.

Lernziele zum Thema Oberflächenspannung:
1. Du hast die Versuche durchgeführt und kannst die Beobachtungen beschreiben!
2. Du kannst das Zustandekommen der Oberflächenspannung des Wassers beschreiben!

Lässt man bei Frost eine mit Wasser gefüllte Flasche draußen stehen, so platzt das Glas. Auch Rohre können platzen, wenn in ihnen das Wasser gefriert. Gestein und Straßenbeläge verwittern bei Frost schneller, weil in die Spalten und Ritzen Wasser eindringt und gefriert. All das ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Wasser sich beim Gefrieren ausdehnt. Eis hat ein um ca. 10% größeres Volumen als Wasser, d.h. dass die Dichte von Eis geringer ist als von Wasser. Das ist ungewöhnlich, denn normalerweise ist die Dichte eines Feststoffes größer als die einer Flüssigkeit (Beispiel: Festes Kerzenwachs schwimmt am Boden). Eis hingegen schwimmt aufgrund seiner geringeren Dichte auf dem Wasser.

Wasser zeigt zudem die ungewöhnliche Eigenschaft, dass seine Dichte bei 4 °C am größten ist (s. Abb. ). Dies wird als Dichteanomalie bezeichnet (von anomalos, griech. = abweichend).

Die Dichteanomalie ist so zu deuten, dass die Moleküle in einer Portion Wasser bei 4 °C dichter gepackt sind als in einem Eiskristall. Im Eiskristall sind die Moleküle in einem regelmäßigen Gitter mit relativ großen Hohlräumen angeordnet. Dieses Gitter kommt aufgrund der so genannten Wasserstoffbrückenbindungen zustande. Es handelt sich bei diesen Kräften um Anziehungskräfte zwischen den Molekülen: zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Die beiden Bindungen im Wassermolekül sind stark polar (große EN-Differenz => Teilladungen mit δ+ beim H-Atom und δ- beim O-Atom), Polarität und gewinkelte Struktur machen das Wassermolekül zum Dipol. Zwischen den Dipolen gibt es aufgrund der Teilladungen eine elektrostatische Anziehung, die Dipol-Dipol-Kraft. 

Zusätzlich existiert eine Bindung zwischen einem freien, nicht-bindenden Elektronenpaar eines O-Atoms im Wassermolekül und einem partiell positiv geladenen H-Atom eines benachbarten Wassermoleküls, die  Wasserstoffbrückenbindung. Das freie, nicht-bindende Elektronenpaar bildet quasi eine "Brücke" zum nächsten Wassermolekül. Diese, durch ein freies, nicht bindendes Elektronenpaar gebildete "Wasserstoffbrücke"ist fünfmal stärker als die Anziehung aufgrund der Dipol-Eigenschaft. Wenn Eis schmilzt, löst sich nur ein geringer Teil der Wasserstoffbrückenbindungen. Das Eisgitter zerfällt stückweise. Die Hohlräume des Gitters werden durch einzelne Wassermoleküle besetzt, daraus ergibt sich die höhere Dichte des flüssigen Wassers. Bei 4 °C erreicht die Dichte ihr Maximum. Oberhalb dieser Temperatur verhält sich Wasser wie eine normale Flüssigkeit: die Dichte nimmt mit steigender Temperatur ab.

Lernziele zum Thema Dichte:
1. Du kannst das Diagramm Temperatur-Volumen des Wassers interpretieren.
2. Du weißt, warum Eis eine geringere Dichte als Wasser hat.
3. Du kannst das Überleben von Wassertieren in zugefrorenen Gewässern erklären.
4. Du kannst das Stichwort "Dichteanomalie" erläutern. 

Es konnten bereits über 2450 verschiedene Schneekristalle fotografiert werden. Sie sind alle symmetrisch und machen auf das Auge den Eindruck eines "aufgelockerten Gebildes mit vielen Verzierungen". Thomas Mann (1875 bis 1955, 1929 Nobelpreis für Literatur) war begeistert von diesen "Zaubersternchen, wie sie der getreueste Juwelier nicht hätte reicher und minuziöser darstellen

können". Die schönsten, stark verästelten Schneeflocken werden zwischen -10°C und -20°C bei hoher Luftfeuchtigkeit gebildet. Bei niedriger Luftfeuchtigkeit sind die Kristalle in diesem Temperaturbereich flach, wenig verästelt. Die Symmetrie der Kristalle ist immer die gleiche: nämlich hexagonal (sechseckartig): denkt man sich eine Achse, die senkrecht durch die Kristallmitte geht, so wird der Kristall bei jeder 60°-Drehung um diese Achse in sich selbst überführt. Diese Symmetrie hängt mit der Anordnung der Kristalle im Schneekristall zusammen. Die Anordnung der Moleküle 

wird wiederum von den zwischenmolekularen Wechselwirkungen beeinflusst.

Es handelt sich bei diesen Wechselwirkungen um Anziehungskräfte zwischen den Molekülen: zwischenmolekulare Anziehungskräfte. Die beiden Bindungen im Wassermolekül sind stark polar (große EN-Differenz => Teilladungen mit δ+ beim H-Atom und δ- beim O-Atom), Polarität und gewinkelte Struktur machen das Wassermolekül zum Dipol. Zwischen den Dipolen gibt es aufgrund der Teilladungen eine elektrostatische Anziehung, die Dipol-Dipol-Kraft. 

Zusätzlich existiert eine Bindung zwischen einem freien, nicht-bindenden Elektronenpaar eines O-Atoms im Wassermolekül und einem partiell positiv geladenen H-Atom eines benachbarten Wassermoleküls, die  Wasserstoffbrückenbindung. Das freie, nicht-bindende Elektronenpaar bildet quasi eine "Brücke" zum nächsten Wassermolekül. Diese, durch ein freies, nicht bindendes Elektronenpaar gebildete "Wasserstoffbrücke"ist fünfmal stärker als die Anziehung aufgrund der Dipol-Eigenschaft.

Lernziele zum Thema Dichte:
1. Du kannst die Symmetrie der Schneekristalle mit der Anordnung der Moleküle im Kristall erklären.

2. Du weißt, wie diese Anordnung zustande kommt.

3. Du weißt, unter welchen Bedingungen sich die schönsten Schneeflocken bilden.

Quellen:
M. Tausch, M.v.Wachtendonk, Chemie I -Stoff Formel Umwelt SI; Bamberg 1996;
Asselborn, Jäckel, Risch: Chemie heute, SII, Hannover 1998;

Anordnung der Wassermoleküle im Eis- und Schneekristall: Von jedem O-Atom gehen tetraedrisch 2 Elektronenpaar- bindungen und 2 Wasserstoffbrücken- bindungen aus. Die Bindungsenergie der Wasserstoffbrückenbindung beträgt ca. 1/5 der Bindungsenergie der Elektronenpaar- bindung. Wenn Eis schmilzt, werden nur ca. 30% der Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen. Im Wasser ist ihre Anzahl also geringer.