Vielu karsējot, tā saņem enerģiju tā, ka tās molekulas tiek satrauktas, sākot aizņemt lielāku tilpumu, tas ir, tā tiek izplesties. Pretējs notiek, kad viela tiek atdzesēta, jo tā zaudē enerģiju un tās molekulas mēdz būt ļoti tuvu viena otrai, izraisot apjoma samazināšanos. Tas parasti izraisa to, ka viela cietā stāvoklī aizņem mazāku tilpumu nekā tad, kad tā ir šķidrā stāvoklī.
Pretēji tam, kas notiek ar lielāko daļu vielu, ūdenim ir anomāla uzvedība: kad tas tiek karsēts, intervālā no 0 līdz 4ºC tas cieš. saraušanās un tad tas sāk paplašināties, tas ir, kad ūdens ir cietā stāvoklī, tam ir lielāks tilpums nekā šķidrā stāvoklī šajā intervālā temperatūra. Šo neregulāro ūdens uzvedību var attēlot ar šādu grafiku:
Ūdens tilpums samazinās no 0 līdz 4°C un pēc tam sāk palielināties
Ja šajā intervālā ūdens tilpums samazinās un tā masa tiek uzturēta nemainīga, līdz ar to blīvums ūdens, kas ir attiecība starp masu un tilpumu, būs maksimālais, ja ūdens ir 4ºC. Apskatiet grafiku:
Šis grafiks parāda, ka ūdens blīvums ir maksimālais, ja temperatūra ir 4°C
Bet kāds ir anomālās paplašināšanās iemesls no ūdens? Šis skaidrojums ir atrodams viņu molekulārajā struktūrā. Ūdens molekulas tiek savienotas, izmantojot ķīmiskās saites, ko sauc Ūdeņraža saites.
Kad ūdens temperatūra paaugstinās virs 0ºC, ūdeņraža saites sāk plīst, izraisot tuvināšanos starp molekulām. Šis efekts pārvar molekulāro termisko uzbudinājumu, kas izraisa molekulu pārvietošanos un liek tām aizņemt lielāku tilpumu tā, ka to tilpums samazinās.
Kad temperatūra pārsniedz 4ºC, ūdeņraža saišu skaits jau ir ļoti mazs. Tādā veidā sāk dominēt molekulārā distancēšanās, līdz ar to palielinās tās apjoms.
Šī neregulārā ūdens uzvedība izskaidro vairākas dabas parādības, tostarp faktu, ka ledus peld virs ūdens, kas ir kas notiek ļoti aukstos reģionos, kur ezeru virsma ir aizsalusi, bet apakšā paliek ūdens šķidrums. Tā kā ūdens maksimālais blīvums ir 4ºC, tas paliek apakšā, veidojot termisko konvekciju, kas ir siltuma apmaiņa blīvuma atšķirības dēļ.
Autore Mariana Mendesa
Beidzis fiziku
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm