Када се супстанца загреје, она добија енергију на начин да се њени молекули узбуркају, почињу да заузимају већу запремину, односно да се шире. Супротно се дешава када се супстанца охлади, јер губи енергију и њени молекули имају тенденцију да буду веома близу један другом, што изазива контракцију запремине. Ово обично узрокује да материја у чврстом стању заузима мањи волумен него када је у течном стању.
За разлику од онога што се дешава са већином супстанци, вода има аномалан начин понашања: када се загреје, између интервала од 0 до 4º Ц, пати контракције, а затим почиње да се шири, односно када је вода у чврстом стању, има већу запремину него у течном стању у овом интервалу температура. Ово неправилно понашање воде може се представити следећим графиконом:
Запремина воде се смањује између 0 и 4°Ц, а затим почиње да расте
Ако се запремина воде смањи током овог интервала и њена маса остане константна, следствено томе густина воде, што је однос између масе и запремине, биће максимум када је вода на 4ºЦ. Погледајте графику:
Овај графикон показује да је густина воде максимална када је температура 4°Ц
Али шта је разлог за аномалну дилатацију из воде? Ово објашњење се налази у њиховом молекуларном саставу. Молекули воде се спајају хемијским везама тзв Водоничне везе.
Када се температура воде повећа, изнад 0ºЦ, водоничне везе почињу да се раскидају, узрокујући апроксимацију између молекула. Овај ефекат превазилази молекуларну термичку агитацију, која узрокује да се молекули раздвоје и чине да заузму већу запремину на начин да се њихов волумен смањује.
Када температура пређе 4ºЦ, број водоничних веза је већ веома низак. На тај начин почиње да преовлађује молекуларно дистанцирање, са, дакле, повећањем његовог волумена.
Ово неправилно понашање у води објашњава неколико природних феномена, укључујући и чињеницу да лед плута на води, што је шта се дешава у веома хладним крајевима, где је површина језера залеђена, док на дну остаје вода течност. Како вода има максималну густину на 4ºЦ, она остаје на дну, стварајући топлотну конвекцију, што је размена топлоте због разлике у густини.
Мариане Мендес
Дипломирао физику
Извор: Бразил школа - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm