Kada se tvar zagrije, ona prima energiju na način da se njezine molekule uzburkaju, počinju zauzimati veći volumen, odnosno podliježu ekspanziji. Suprotno se događa kada se tvar ohladi, jer gubi energiju, a njezine molekule imaju tendenciju da budu vrlo blizu jedna drugoj, uzrokujući kontrakciju volumena. To obično uzrokuje da materija u čvrstom stanju zauzima manji volumen nego kada je u tekućem stanju.
Suprotno onome što se događa s većinom tvari, voda se ponaša anomalno: kada se zagrije, između intervala od 0 do 4º C, pati kontrakcija, a zatim se počinje širiti, odnosno kada je voda u čvrstom stanju, ima veći volumen nego u tekućem stanju u ovom intervalu temperatura. Ovo nepravilno ponašanje vode može se prikazati sljedećim grafikonom:
Volumen vode se smanjuje između 0 i 4°C, a zatim počinje rasti
Ako se volumen vode smanji tijekom tog intervala i njezina masa ostane konstantna, posljedično gustoća vode, što je omjer između mase i volumena, bit će maksimum kada je voda na 4ºC. Pogledajte grafiku:
Ovaj grafikon pokazuje da je gustoća vode najveća kada je temperatura 4°C
Ali koji je razlog anomalne dilatacije iz vode? Ovo objašnjenje nalazi se u njihovom molekularnom sastavu. Molekule vode spajaju se kemijskim vezama tzv Vodikove veze.
Kada se temperatura vode poveća, iznad 0ºC, vodikove veze počinju pucati, uzrokujući aproksimaciju između molekula. Ovaj učinak nadilazi molekularnu toplinsku agitaciju, koja uzrokuje da se molekule razdvoje i čine da zauzimaju veći volumen na način da se njihov volumen smanjuje.
Kada temperatura prijeđe 4ºC, broj vodikovih veza je već vrlo nizak. Na taj način počinje prevladavati molekularno distanciranje, s time da se povećava njegov volumen.
Ovo nepravilno ponašanje u vodi objašnjava nekoliko prirodnih fenomena, uključujući činjenicu da led pluta na vodi, što je što se događa u vrlo hladnim krajevima, gdje je površina jezera zaleđena dok na dnu ostaje voda tekućina. Kako voda ima najveću gustoću na 4ºC, ona ostaje na dnu, stvarajući toplinsku konvekciju, što je izmjena topline zbog razlike u gustoći.
Autora Mariane Mendes
Diplomirao fiziku
Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm