Why does ice float in water? - George Zaidan and Charles Morton

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TED-Ed


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Übersetzung: Susanna Kuschick Lektorat: Andrea Hielscher
00:06
Water is the liquid of life.
0
6608
2062
Wasser ist Leben.
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We drink it,
1
8670
722
Es dient zum Trinken, Baden,
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we bathe in it,
2
9392
853
00:10
we farm,
3
10245
619
00:10
cook,
4
10864
332
Bewässern, Kochen und Putzen.
00:11
and clean with it.
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11196
1109
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It's the most abundant molecule in our bodies.
6
12305
2442
Es ist das häufigste Molekül im Körper.
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In fact, every life form we know of
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14747
1784
Jede bekannte Lebensform würde ohne es sterben.
00:16
would die without it.
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16531
1750
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But most importantly, without water,
9
18281
2096
Doch das Wichtigste ist: Ohne Wasser gäbe es keinen ... Eistee.
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we wouldn't have
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20377
2103
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iced tea.
11
22480
946
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Mmmm, iced tea.
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23426
2647
Hmmm, Eistee.
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Why do these ice cubes float?
13
27749
2122
Warum schwimmen Eiswürfel?
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If these were cubes of solid argon
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29871
2049
Wären das feste Argonwürfel, dann würden sie in flüssigem Argon sinken.
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in a cup of liquid argon,
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31920
1904
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they would sink.
16
33824
1161
00:34
And the same goes for most other substances.
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34985
2652
Dasselbe gilt für die meisten anderen Stoffe.
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But solid water, a.k.a. ice,
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37637
2847
Aber festes Wasser, also Eis, ist weniger dicht als flüssiges Wasser.
00:40
is somehow less dense than liquid water.
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40484
2910
00:43
How's that possible?
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43394
1828
Wie ist das möglich?
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You already know that every water molecule
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45222
1705
Bekanntlich besteht jedes Wassermolekül
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is made up of two hydrogen atoms
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46927
2043
aus zwei an ein Sauerstoffatom gebundenen Wasserstoffatomen.
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bonded to one oxygen atom.
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48970
2344
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Let's look at a few of the molecules
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51314
1368
Betrachten wir ein paar Moleküle in einem Wassertropfen
00:52
in a drop of water,
25
52682
1491
00:54
and let's say the temperature is 25 degrees Celcius.
26
54173
3601
bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius.
00:57
The molecules are bending,
27
57774
1597
Die Moleküle biegen, dehnen, drehen und bewegen sich im Raum.
00:59
stretching,
28
59371
704
01:00
spinning,
29
60075
624
01:00
and moving through space.
30
60699
1837
01:02
Now, let's lower the temperature,
31
62536
2206
Senkt man nun die Temperatur
01:04
which will reduce the amount of kinetic energy
32
64742
1872
und reduziert somit die Bewegungsenergie der Moleküle,
01:06
each of these molecules has
33
66614
2168
01:08
so they'll bend, stretch, spin, and move less.
34
68782
2883
dann biegen, dehnen, drehen und bewegen sie sich weniger.
01:11
And that means that on average,
35
71665
1635
Also brauchen sie im Durchschnitt weniger Platz.
01:13
they'll take up less space.
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73300
2161
01:15
Now, you'd think that as the liquid water
37
75461
1631
Man könnte meinen, durch das Gefrieren von Wasser
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starts to freeze,
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77092
1441
01:18
the molecules would just pack together
39
78533
1610
würden sich die Moleküle immer mehr verdichten,
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more and more closely,
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80143
1589
01:21
but that's not what happens.
41
81732
2011
doch das passiert nicht.
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Water has a special kind
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83743
1344
Anders als die meisten Stoffe
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of interaction between molecules
43
85087
1518
01:26
that most other substances don't have,
44
86605
2494
hat Wasser eine spezielle Art der Molekül-Interaktion:
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and it's called a hydrogen bond.
45
89099
1884
die Wasserstoffbindung.
01:30
Now, remember that in a covalent bond
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90983
1951
Bei kovalenten Bindungen teilen sich Atome --
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two electrons are shared,
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92934
2253
meist ungleichmäßig -- zwei Elektronen.
01:35
usually unequally,
48
95187
1212
01:36
between atoms.
49
96399
1210
01:37
In a hydrogen bond,
50
97609
1167
Bei einer Wasserstoffbrücke teilen sich Atome --
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a hydrogen atom is shared, also unequally,
51
98776
2998
auch ungleichmäßig -- ein Wasserstoffatom.
01:41
between atoms.
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1616
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One hydrogen bond looks like this.
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103390
2734
So sieht eine Wasserstoffbrücke aus.
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Two look like this.
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106124
1754
Zwei sehen so aus.
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Here's three
55
107878
906
Hier sind drei, vier und fünf,
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and four
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108784
941
01:49
and five,
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109725
990
01:50
six,
58
110715
705
sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf --
01:51
seven,
59
111420
544
01:51
eight,
60
111964
475
01:52
nine,
61
112439
481
01:52
ten,
62
112920
311
01:53
eleven,
63
113231
320
01:53
twelve,
64
113551
755
01:54
I could go on.
65
114306
2085
ich könnte weitermachen.
01:56
In a single drop of water,
66
116391
1385
In nur einem Wassertropfen bilden Wasserstoffbrücken Netzwerke
01:57
hydrogen bonds form extended networks
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117776
2370
02:00
between hundreds, thousands, millions,
68
120146
1888
mit Hunderten, Tausenden, Millionen, Milliarden, Billionen Molekülen.
02:02
billions, trillions of molecules,
69
122034
2167
02:04
and these bonds are constantly breaking and reforming.
70
124201
3412
Diese Bindungen brechen und bilden sich ständig neu.
02:07
Now, back to our water as it cools down.
71
127613
2203
Zurück zum sich abkühlenden Wasser.
02:09
Above 4 degrees Celcius,
72
129816
2057
Bei über vier Grad Celsius sind die Interaktionen der Wassermoleküle
02:11
the kinetic energy of the water molecules
73
131873
1651
02:13
keeps their interactions with each other short.
74
133524
3005
wegen deren Bewegungsenergie nur von kurzer Dauer.
02:16
Hydrogen bonds form and break
75
136529
1921
Wasserstoffbrücken entstehen und vergehen wie Teenager-Beziehungen --
02:18
like high school relationships,
76
138450
1825
02:20
that is to say, quickly.
77
140275
2313
das heißt schnell.
02:22
But below 4 degrees,
78
142588
1194
Aber unter vier Grad
02:23
the kinetic energy of the water molecules
79
143782
1931
sinkt die Bewegungsenergie der Wassermoleküle
02:25
starts to fall below the energy
80
145713
2063
unter die Energie der Wasserstoffbrücken.
02:27
of the hydrogen bonds.
81
147776
1895
02:29
So, hydrogen bonds form much more frequently
82
149671
2631
Also bilden sich Wasserstoffbrücken viel öfter, als sie brechen,
02:32
than they break
83
152302
1325
02:33
and beautiful structures start to emerge
84
153627
1852
und aus dem Chaos entstehen wunderbare Strukturen.
02:35
from the chaos.
85
155479
1634
02:37
This is what solid water, ice,
86
157113
2339
So sieht festes Wasser, also Eis, auf der Molekularebene aus.
02:39
looks like on the molecular level.
87
159452
2494
02:41
Notice that the ordered, hexagonal structure
88
161946
2357
Die geordnete hexagonale Struktur ist weniger dicht
02:44
is less dense than the disordered structure
89
164303
2700
als die ungeordnete Struktur flüssigen Wassers.
02:47
of liquid water.
90
167003
1736
02:48
And you know that if an object is less dense
91
168739
2202
Objekte mit geringerer Dichte als die sie umgebende Flüssigkeit
02:50
than the fluid it's in,
92
170941
1429
02:52
it will float.
93
172370
1276
schwimmen bekanntlich.
02:53
So, ice floats on water,
94
173646
1883
Also schwimmt Eis in Wasser -- ja und?
02:55
so what?
95
175529
1198
02:56
Well, let's consider a world without floating ice.
96
176727
2913
Stell dir eine Welt ohne schwimmendes Eis vor.
02:59
The coldest part of the ocean
97
179640
1359
Der kälteste Teil des Ozeans
03:00
would be the pitch-black ocean floor,
98
180999
2238
wäre der im ewigen Eis gefangene stockdunkle Meeresboden.
03:03
once frozen, always frozen.
99
183237
1925
03:05
Forget lobster rolls
100
185162
1407
Vergiss Hummerbrötchen, denn Krebstiere hätten keinen Lebensraum,
03:06
since crustaceans would lose their habitats,
101
186569
1923
03:08
or sushi since kelp forests wouldn't grow.
102
188492
2652
vergiss Sushi, denn es gäbe keinen Seetang.
03:11
What would Canadian kids do in winter
103
191144
2117
Was täten kanadische Kinder im Winter ohne Pond Hockey oder Eisangeln?
03:13
without pond hockey or ice fishing?
104
193261
2087
03:15
And forget James Cameron's Oscar
105
195348
1786
Vergiss James Camerons Oscar,
03:17
because the Titanic totally would have made it.
106
197134
3128
weil es die Titanic problemlos geschafft hätte.
03:20
Say goodbye to the white polar ice caps
107
200262
1826
Lebt wohl, weiße Polarkappen.
03:22
reflecting sunlight
108
202088
1074
Ihr reflektiert die Sonne, die die Erde aufheizen würde.
03:23
that would otherwise bake the planet.
109
203162
1937
03:25
In fact, forget the oceans as we know them,
110
205099
2193
Vergiss auch die Ozeane wie wir sie kennen,
03:27
which at over 70% of the Earth's surface area,
111
207292
2400
die mit über 70 % der Erdoberfläche
03:29
regulate the atmosphere of the whole planet.
112
209692
2418
die Atmosphäre unserer Erde regulieren.
03:32
But worst of all,
113
212524
1338
Doch am schlimmsten ist:
03:33
there would be no iced tea.
114
213862
3384
Es gäbe ... keinen Eistee.
03:37
Mmmmm, iced tea.
115
217246
3138
Hmmmm, Eistee.
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