Gdy substancja jest podgrzewana, otrzymuje energię w taki sposób, że jej cząsteczki są wzburzone, zaczynając zajmować większą objętość, czyli ulega ekspansji. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy substancja jest schładzana, ponieważ traci energię, a jej cząsteczki mają tendencję do zbliżania się do siebie, powodując zmniejszenie objętości. Powoduje to zwykle, że materia w stanie stałym zajmuje mniejszą objętość niż w stanie ciekłym.
W przeciwieństwie do większości substancji, woda zachowuje się nienormalnie: gdy jest podgrzewana, w przedziale od 0 do 4º C, cierpi kurczy się, a następnie zaczyna się rozszerzać, to znaczy, gdy woda jest w stanie stałym, ma większą objętość niż w stanie ciekłym w tym przedziale temperatura. To nieregularne zachowanie wody można przedstawić na poniższym wykresie:
Objętość wody spada między 0 a 4°C, a następnie zaczyna rosnąć
Jeżeli w tym czasie objętość wody zmniejszy się, a jej masa będzie stała, w konsekwencji gęstość wody, która jest stosunkiem masy do objętości, będzie maksymalna, gdy woda ma temperaturę 4ºC. Spójrz na grafikę:
Ten wykres pokazuje, że gęstość wody jest maksymalna, gdy temperatura wynosi 4°C
Ale jaki jest powód anomalnego rozszerzenia? z wody? To wyjaśnienie znajduje się w ich budowie molekularnej. Cząsteczki wody są połączone wiązaniami chemicznymi zwanymi Wiązania wodorowe.
Gdy temperatura wody wzrasta powyżej 0ºC, wiązania wodorowe zaczynają pękać, powodując zbliżenie między cząsteczkami. Efekt ten pokonuje molekularne poruszenie termiczne, które powoduje, że cząsteczki oddalają się od siebie i sprawiają, że zajmują one większą objętość w taki sposób, że ich objętość maleje.
Gdy temperatura przekracza 4ºC, liczba wiązań wodorowych jest już bardzo niska. W ten sposób zaczyna dominować dystansowanie molekularne, a tym samym wzrost jego objętości.
To nieregularne zachowanie wody wyjaśnia kilka naturalnych zjawisk, w tym fakt, że lód unosi się na wodzie, co jest co dzieje się w bardzo zimnych regionach, gdzie powierzchnia jezior jest zamarznięta, podczas gdy na dnie pozostaje woda płyn. Ponieważ woda ma maksymalną gęstość w temperaturze 4ºC, pozostaje na dnie, powodując konwekcję cieplną, która jest wymiana ciepła ze względu na różnicę gęstości.
autorstwa Mariane Mendes
Ukończył fizykę
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm
