När ett ämne värms upp får det energi på ett sådant sätt att dess molekyler agiteras och börjar uppta en större volym, det vill säga att det genomgår expansion. Motsatsen inträffar när ett ämne kyls, eftersom det förlorar energi och dess molekyler tenderar att vara mycket nära varandra, vilket orsakar en sammandragning av volymen. Detta gör att materia i fast tillstånd normalt upptar mindre volym än när det är i flytande tillstånd.
I motsats till vad som händer med de flesta ämnen har vatten ett avvikande beteende: när det värms upp, mellan 0 och 4º C, lider det sammandragning och sedan börjar det vidgas, det vill säga när vattnet är i fast tillstånd har det en större volym än i flytande tillstånd i detta intervall av temperatur. Detta oregelbundna vattenbeteende kan representeras med följande graf:
Vattenvolymen minskar mellan 0 och 4°C och börjar sedan öka
Om vattenvolymen minskar under detta intervall och dess massa hålls konstant, följaktligen densitet vatten, vilket är förhållandet mellan massa och volym, kommer att vara maximalt när vattnet är 4ºC. Titta på grafiken:
Denna graf visar att vattnets densitet är maximal när temperaturen är 4°C
Sluta inte nu... Det kommer mer efter reklam ;)
Men vad är orsaken till den anomala utvidgningen från vatten? Denna förklaring finns i deras molekylära sammansättning. Vattenmolekyler är sammanfogade genom kemiska bindningar som kallas Vätebindningar.
När vattentemperaturen ökar, över 0ºC, börjar vätebindningarna att brytas, vilket orsakar en approximation mellan molekylerna. Denna effekt övervinner den molekylära termiska agitationen, som får molekylerna att flytta isär och gör att de upptar en större volym på ett sådant sätt att deras volym krymper.
När temperaturen överstiger 4ºC är antalet vätebindningar redan mycket lågt. På detta sätt börjar molekylär distansering att råda, med därför en ökning av dess volym.
Detta oregelbundna vattenbeteende förklarar flera naturfenomen, inklusive det faktum att is flyter på vatten, vilket är vad som händer i mycket kalla områden, där sjöarnas yta är frusen medan vattnet ligger kvar på botten flytande. Eftersom vatten har en maximal densitet vid 4ºC, stannar det kvar på botten, vilket gör termisk konvektion, vilket är en värmeväxling på grund av skillnaden i densitet.
Av Mariane Mendes
Tog examen i fysik
Vill du referera till den här texten i ett skol- eller akademiskt arbete? Se:
TEIXEIRA, Mariane Mendes. "Oregelbundet vattenbeteende"; Brasilien skola. Tillgänglig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-agua-seu-comportamento-irregula.htm. Åtkom den 27 juli 2021.
