Når et stoff varmes opp, mottar det energi på en slik måte at dets molekyler blir agitert, begynner å oppta et større volum, det vil si at det gjennomgår utvidelse. Det motsatte skjer når et stoff avkjøles, da det mister energi og molekylene har en tendens til å være veldig nær hverandre, noe som forårsaker en sammentrekning i volum. Dette fører normalt til at materie i fast tilstand opptar mindre volum enn når den er i flytende tilstand.
I motsetning til hva som skjer med de fleste stoffer, har vann en uregelmessig oppførsel: når det varmes opp, mellom 0 og 4 ºC, lider det sammentrekning og deretter begynner det å utvide seg, det vil si at når vann er i fast tilstand, har det et større volum enn i flytende tilstand i dette intervallet på temperatur. Denne uregelmessige vannoppførselen kan representeres med følgende graf:
Vannvolumet synker mellom 0 og 4°C og begynner deretter å øke
Hvis volumet av vann avtar i løpet av dette intervallet og massen holdes konstant, vil følgelig tetthet vann, som er forholdet mellom masse og volum, vil være maksimalt når vannet er på 4ºC. Se på grafikken:
Denne grafen viser at vanntettheten er maksimal når temperaturen er 4°C
Men hva er årsaken til den uregelmessige utvidelsen fra vann? Denne forklaringen finnes i deres molekylære sammensetning. Vannmolekyler er forbundet gjennom kjemiske bindinger kalt Hydrogenbindinger.
Når vanntemperaturen øker, over 0ºC, begynner hydrogenbindingene å brytes, noe som forårsaker en tilnærming mellom molekylene. Denne effekten overvinner den molekylære termiske agitasjonen, som får molekylene til å bevege seg fra hverandre og gjør at de opptar et større volum på en slik måte at volumet krymper.
Når temperaturen overstiger 4ºC, er antallet hydrogenbindinger allerede svært lavt. På denne måten begynner molekylær distansering å råde, med derfor en økning i volumet.
Denne uregelmessige vannatferden forklarer flere naturfenomener, inkludert det faktum at is flyter på vann, som er det som skjer i veldig kalde områder, hvor overflaten av innsjøer er frosset mens vannet blir liggende på bunnen væske. Siden vann har en maksimal tetthet ved 4ºC, forblir det på bunnen, og lager termisk konveksjon, som er en varmeveksling på grunn av forskjellen i tetthet.
Av Mariane Mendes
Uteksaminert i fysikk
Kilde: Brasil skole - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm