Wenn ein Stoff erhitzt wird, erhält er so Energie, dass seine Moleküle bewegt werden und beginnen, ein größeres Volumen einzunehmen, dh er dehnt sich aus. Das Gegenteil tritt ein, wenn ein Stoff abgekühlt wird, da er Energie verliert und seine Moleküle dazu neigen, sehr nahe beieinander zu liegen, was zu einer Volumenkontraktion führt. Dies führt normalerweise dazu, dass Materie im festen Zustand weniger Volumen einnimmt als im flüssigen Zustand.
Im Gegensatz zu dem, was bei den meisten Substanzen passiert, hat Wasser ein anomales Verhalten: Wenn es zwischen 0 und 4 ° C erhitzt wird, leidet es Kontraktion und dann beginnt es sich zu erweitern, d. h. wenn Wasser im festen Zustand ist, hat es in diesem Intervall von. ein größeres Volumen als im flüssigen Zustand Temperatur. Dieses unregelmäßige Wasserverhalten lässt sich mit der folgenden Grafik darstellen:
Die Wassermenge nimmt zwischen 0 und 4°C ab und beginnt dann zu steigen
Wenn das Wasservolumen während dieses Intervalls abnimmt und seine Masse konstant gehalten wird, ergibt sich folglich die
Dichte Wasser, das ist das Verhältnis zwischen Masse und Volumen, ist maximal, wenn das Wasser eine Temperatur von 4 °C hat. Schau dir die Grafik an:
Diese Grafik zeigt, dass die Dichte von Wasser bei einer Temperatur von 4°C. maximal ist
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Aber was ist der Grund für die anomale Dilatation? aus Wasser? Diese Erklärung findet sich in ihrem molekularen Aufbau. Wassermoleküle sind durch chemische Bindungen verbunden, genannt Wasserstoffbrücken.
Wenn die Wassertemperatur über 0 °C steigt, beginnen die Wasserstoffbrücken zu brechen, was zu einer Annäherung zwischen den Molekülen führt. Dieser Effekt überwindet die molekulare thermische Bewegung, die bewirkt, dass sich die Moleküle auseinander bewegen und sie ein größeres Volumen einnehmen, so dass ihr Volumen schrumpft.
Wenn die Temperatur 4 °C überschreitet, ist die Zahl der Wasserstoffbrückenbindungen bereits sehr gering. Auf diese Weise beginnt sich die molekulare Distanzierung mit einer Zunahme ihres Volumens durchzusetzen.
Dieses unregelmäßige Wasserverhalten erklärt mehrere Naturphänomene, darunter die Tatsache, dass Eis auf Wasser schwimmt was passiert in sehr kalten Regionen, wo die Oberfläche von Seen zugefroren ist, während am Grund das Wasser zurückbleibt flüssig. Da Wasser bei 4 °C eine maximale Dichte hat, bleibt es am Boden, wodurch eine thermische Konvektion entsteht, die a Wärmeaustausch aufgrund des Dichteunterschieds.
Von Mariane Mendes
Abschluss in Physik
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TEIXEIRA, Mariane Mendes. "Unregelmäßiges Wasserverhalten"; Brasilien Schule. Verfügbar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm. Zugriff am 27. Juli 2021.
