Når et stof opvarmes, modtager det energi på en sådan måde, at dets molekyler bliver omrørt og begynder at optage et større volumen, det vil sige, at det undergår ekspansion. Det modsatte opstår, når et stof afkøles, da det mister energi, og dets molekyler har tendens til at være meget tæt på hinanden, hvilket forårsager en sammentrækning i volumen. Dette forårsager normalt, at stof i fast tilstand optager mindre volumen, end når det er i flydende tilstand.
I modsætning til hvad der sker med de fleste stoffer, har vand en unormal adfærd: når det opvarmes, mellem 0 og 4º C, lider det sammentrækning og derefter begynder det at udvide sig, det vil sige, når vand er i fast tilstand, har det et større volumen end i flydende tilstand i dette interval af temperatur. Denne uregelmæssige vandadfærd kan repræsenteres med følgende graf:
Vandmængden falder mellem 0 og 4°C og begynder derefter at stige
Hvis vandvolumenet falder i løbet af dette interval, og dets masse holdes konstant, vil følgelig massefylde
vand, som er forholdet mellem masse og volumen, vil være maksimalt, når vandet er ved 4ºC. Se på grafikken:
Denne graf viser, at densiteten af vand er maksimal, når temperaturen er 4°C
Men hvad er årsagen til den unormale udvidelse fra vand? Denne forklaring findes i deres molekylære sammensætning. Vandmolekyler er forbundet gennem kemiske bindinger kaldet Hydrogenbindinger.
Når vandtemperaturen stiger, over 0ºC, begynder brintbindingerne at bryde, hvilket forårsager en tilnærmelse mellem molekylerne. Denne effekt overvinder den molekylære termiske agitation, som får molekylerne til at bevæge sig fra hinanden og får dem til at optage et større volumen på en sådan måde, at deres volumen krymper.
Når temperaturen overstiger 4ºC, er antallet af brintbindinger allerede meget lavt. På denne måde begynder molekylær distancering at råde, med derfor en stigning i dens volumen.
Denne uregelmæssige vandadfærd forklarer flere naturfænomener, herunder det faktum, at is flyder på vandet, hvilket er hvad der sker i meget kolde egne, hvor overfladen af søer er frossen, mens vandet forbliver i bunden væske. Da vand har en maksimal tæthed ved 4ºC, forbliver det i bunden, hvilket laver termisk konvektion, hvilket er en varmeveksling på grund af forskellen i tæthed.
Af Mariane Mendes
Uddannet i fysik
Kilde: Brasilien skole - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm
