Oxidationswasser

Bei chemischen Umwandlungen wasserstoffhaltiger Verbindungen mit Sauerstoff entsteht in vielen Fällen Wasser. Dieses Wasser wird Oxidationswasser genannt. Wird dieses Wasser von Lebewesen biochemisch gebildet, so ist auch der Begriff Stoffwechselwasser gebräuchlich.

Zusammenfassung

Wasserhaushalt der Taschenspringmaus (Arizona-Wüste)

Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Erdgas und Erdöl werden immer auch große Wassermengen neu gebildet. Bei Autos mit Benzinmotoren sorgt der Dreiwegekatalysator für eine weitgehend vollständige Verbrennung, so dass Wasserdampf der Hauptbestandteil des Autoabgases wird. Dieses neu gebildete Wasser sieht man an kühlen Tagen in Form von Abgaswolken.

Eine besondere Bedeutung hat das Oxidationswasser, das durch den Abbau von Nahrungsstoffen (Fette, Kohlenhydrate und Proteine) in den Zellen von Tier und Mensch im Zellstoffwechsel entsteht. Dieses Stoffwechselwasser steht über die Gewebsflüssigkeiten und das Blut dem ganzen Körper zur Verfügung. Bei einem erwachsenen Mann geht man von täglich etwa 250 bis 300 ml Oxidationswasser aus. Bei vielen Wüstentieren trägt dieses Wasser sehr wesentlich zu der Wasserversorgung des Körpers bei, so dass einige Arten wochenlang ohne zusätzliche Wasseraufnahme überleben können (siehe nebenstehende Abbildung und Wasserhaushalt). Siehe auch Dipodymis: Kängururatten.

Oxidationswasser im Energiestoffwechsel

Beispiel Glucoseabbau (Dissimilation)

Sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen ist Glucose (Traubenzucker)der wichtigste Energielieferant des Zellstoffwechsels. Er wird den Zellen des Menschen als Blutzucker zur Verfügung gestellt. Bei vollständigem oxidativen Abbau gilt dann die bekannte Nettogleichung der Atmung (Dissimilation):

Glucose + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser /exotherm

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O / −2827 kJ, bei Bildung von 36 ATP

Der Abbau von 1 mol Glucose = 180 g führt demnach zur Bildung von 6 mol Wasser = 6·18 g = 108 g Wasser.

Aus 1 Gramm abgebaute Glucose entsteht danach 108 g/180 g = 0,6 g Wasser also etwa 0,6 ml.

Beispiel Fettabbau

Fette (chemisch Triglyceride) sind bei Pflanzen sehr verbreitete Reservestoffe in Früchten, Samen und anderen Pflanzenteilen. Tiere und Menschen speichern Energiereserven in Fettgeweben. Zur Vereinfachung wird in der Beispielrechnung Fett mit reinem Tripalmitin gleichgesetzt. Wird dieses Fett mobilisiert und vollständig oxydativ abgebaut, dann gilt folgende Nettogleichung:

Tripalmitin + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser / exotherm

2 C₅₁H₉₈0₆ + 145 0₂ → 102 C0₂ + 98 H₂0

also: 2 mol Tripalmitin = 2·266 g = 532 g verursacht beim vollständigen Abbau die Entstehung von 98 mol Wasser = 98·18 g = 1764 g = 1,7 Liter

Aus 1 Gramm Fett entsteht also 1764 g/532 g = 3,315 g = 3,3 ml flüssiges Oxidationswasser

Oxidationswasser bei der Verbrennung fossiler Energieträger

Erdöl und Erdgas besteht überwiegend aus wasserstoffhaltigen Verbindungen. Bei deren vollständiger Verbrennung entsteht neben Kohlenstoffdioxid sehr viel Oxidationswasser. Steinkohle enthält dagegen kaum Wasserstoffverbindungen, deshalb entsteht nur wenig Wasser – aber umso mehr Kohlenstoffdioxid. Als Beispiel soll hier abgeschätzt werden, wie viel Wasser bei der Verbrennung von einem Liter Benzin neu entsteht. Benzin wird dafür vereinfachend als reines Octan (1 mol= 114 g) mit der Dichte 0,703 g/cm³ angenommen.

Daraus ergibt sich die Reaktionsgleichung:

Octan + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser /exotherm

2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O

aus 2 mol Octan= 2·114 g= 228 g entsteht also 18 mol Wasser=(18·18 g)=324 g

Die Verbrennung von 1 Liter Octan=703 g/114 g =6,1634 mol verursacht die Entstehung von (6,1634·18 mol)/2 = 998 g Wasser, also 1 Liter flüssiges Wasser.

Über den dabei entstehenden Ausstoß an Kohlenstoffdioxid wird wegen dessen Klimawirksamkeit viel diskutiert (Treibhauseffekt). Dagegen ist der Einfluss des gleichzeitig gebildeten Wassers auf das Weltklima umstritten oder ungeklärt. Unstrittig ist dagegen, dass Wasser ein besonders wirksames Treibhausgas darstellt, weit wirksamer als Kohlenstoffdioxid. Da der Gehalt der Luft an Wasserdampf (Relative Luftfeuchtigkeit) jedoch von Temperatur und Luftdruck abhängt, wechselt der Wassergehalt der Luft stark und das neu gebildete Wasser wird in den Wasserkreislauf einbezogen. Andererseits nimmt die Luft bei steigenden Durchschnittstemperaturen zunehmend mehr Wasserdampf auf, was zu einer positiven Rückkopplung des anthropogenen Treibhauseffektes führen kann (Run-away-Effekt). Diskutiert wird dabei, inwieweit die zu erwartende verstärkte Wolkenbildung diesem Einfluss entgegenarbeiten kann.

Siehe auch

Quellen

K. J. Ulrich: Wasserhaushalt, in W.D. Keidel: Kurzgefaßtes Lehrbuch der Physiologie. Thieme Verlag, Stuttgart 1986, Kap. 11.1
S. Silbernagl, A. Despopoulos: Taschenatlas Physiologie. Thieme Verlag, Stuttgart 2007, S. 230f.
D. Heinrich, M. Hergt: dtv-Atlas Ökologie, München 2003, S. 100
P. Sitte, H. Ziegler, F. Ehrendorfer, A. Bresinsky: Strasburger-Lehrbuch der Botanik, 34. Auflage, Heidelberg 1999, S. 275

Weblinks

Eine ausführliche ähnliche Beispielrechnung (PDF-Datei; 8 kB)
Warum muss ein Goldhamster wenig trinken?