Amikor egy anyagot felmelegítenek, energiát kap úgy, hogy molekuláit felkavarják, nagyobb térfogatot kezdenek elfoglalni, azaz tágulnak. Ennek ellenkezője történik, amikor az anyagot lehűtik, mivel energiát veszít, és molekulái általában nagyon közel helyezkednek el egymáshoz, ami térfogat-összehúzódást okoz. Ez általában azt okozza, hogy a szilárd halmazállapotú anyag kisebb térfogatot foglal el, mint folyékony állapotban.
Ellentétben azzal, ami a legtöbb anyaggal történik, a víz rendellenesen viselkedik: hevítéskor 0 és 4 °C között szenved. összehúzódása, majd tágulni kezd, vagyis amikor a víz szilárd halmazállapotú, akkor ebben az intervallumban nagyobb a térfogata, mint folyékony állapotban. hőfok. Ez a szabálytalan vízviselkedés a következő grafikonon ábrázolható:
A víz mennyisége 0 és 4°C között csökken, majd növekedni kezd
Ha a víz térfogata ezalatt az idő alatt csökken, és tömegét állandóan tartjuk, ennek következtében a sűrűség A víz mennyisége, amely a tömeg és a térfogat aránya, akkor lesz maximális, ha a víz hőmérséklete 4 °C. Nézd meg a grafikát:
Ez a grafikon azt mutatja, hogy a víz sűrűsége akkor a legnagyobb, ha a hőmérséklet 4°C
De mi az oka a rendellenes tágulásnak vízből? Ez a magyarázat a molekuláris felépítésükben található. A vízmolekulák kémiai kötéseken keresztül kapcsolódnak össze, ún Hidrogénkötések.
Amikor a víz hőmérséklete 0 °C fölé emelkedik, a hidrogénkötések felszakadnak, ami közelítést okoz a molekulák között. Ez a hatás legyőzi a molekuláris termikus keveredést, amely a molekulák eltávolodását idézi elő, és nagyobb térfogatot foglal el, oly módon, hogy térfogatuk csökken.
Amikor a hőmérséklet meghaladja a 4 °C-ot, a hidrogénkötések száma már nagyon alacsony. Ily módon kezd érvényesülni a molekuláris távolságtartás, aminek következtében a térfogata megnövekszik.
Ez a szabálytalan vízviselkedés magyarázatot ad számos természeti jelenségre, beleértve azt a tényt is, hogy a jég lebeg a vízen, ami mi történik a nagyon hideg vidékeken, ahol a tavak felszíne befagy, míg a fenéken a víz marad folyékony. Mivel a víz maximális sűrűsége 4°C-on van, a víz alján marad, termikus konvekciót hozva létre, ami hőcsere a sűrűségkülönbség miatt.
Írta: Mariane Mendes
Fizika szakon végzett
Forrás: Brazil iskola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm