Kun ainetta kuumennetaan, se saa energiaa siten, että sen molekyylit sekoittuvat ja alkavat miehittää suuremman tilavuuden, eli se laajenee. Päinvastoin tapahtuu, kun ainetta jäähdytetään, koska se menettää energiaa ja sen molekyylit ovat yleensä hyvin lähellä toisiaan, mikä aiheuttaa tilavuuden supistumisen. Tämä saa normaalisti kiinteässä tilassa olevan aineen viemään vähemmän tilaa kuin nestemäisessä tilassa.
Toisin kuin useimmille aineille tapahtuu, vesi käyttäytyy poikkeavasti: kun sitä kuumennetaan 0–4 ºC: n välillä, se kärsii. supistuminen ja sitten se alkaa laajentua, eli kun vesi on kiinteässä tilassaan, sen tilavuus on suurempi kuin nestemäisessä tilassa tällä välillä lämpötila. Tämä epäsäännöllinen veden käyttäytyminen voidaan esittää seuraavalla kaaviolla:
Veden tilavuus laskee välillä 0 - 4°C ja alkaa sitten kasvaa
Jos veden tilavuus pienenee tänä aikana ja sen massa pidetään vakiona, niin tiheys Veden määrä, joka on massan ja tilavuuden suhde, on suurin, kun veden lämpötila on 4 ºC. Katso grafiikkaa:
Tämä kaavio osoittaa, että veden tiheys on suurin, kun lämpötila on 4 °C
Mutta mikä on syy epänormaaliin laajentumiseen vedestä? Tämä selitys löytyy niiden molekyylirakenteesta. Vesimolekyylit yhdistyvät kemiallisilla sidoksilla, joita kutsutaan Vetysidokset.
Veden lämpötilan noustessa yli 0 ºC vetysidokset alkavat katketa, mikä aiheuttaa molekyylien välistä approksimaatiota. Tämä vaikutus voittaa molekyylien lämpösekoittumisen, joka saa molekyylit liikkumaan toisistaan ja saa ne ottamaan suuremman tilavuuden siten, että niiden tilavuus pienenee.
Kun lämpötila ylittää 4 ºC, vetysidosten määrä on jo hyvin alhainen. Tällä tavalla molekyylien etäisyys alkaa vallita, minkä vuoksi sen tilavuus kasvaa.
Tämä epäsäännöllinen veden käyttäytyminen selittää useita luonnonilmiöitä, mukaan lukien sen tosiasian, että jää kelluu veden päällä, mikä on mitä tapahtuu erittäin kylmillä alueilla, joissa järvien pinta on jäässä, kun taas pohjassa vesi jää nestettä. Koska veden maksimitiheys on 4 ºC, se jää pohjalle, jolloin syntyy lämpökonvektiota, joka on lämmönvaihto tiheyseron takia.
Kirjailija: Mariane Mendes
Valmistunut fysiikasta
Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm