Water reageert als elke andere verbinding op veranderende temperaturen, maar er treedt een afwijking op in een smal bereik rond het smeltpunt, en het is een verandering die een groot verschil maakt. Wanneer je ijs verhit, krijgen de moleculen kinetische energie en het ijs breidt zich uit totdat het smelt. Maar zodra al het ijs is omgezet in water en de temperatuur weer begint te stijgen, stopt de uitzetting. Tussen 32 en 40 graden Fahrenheit (0 en 4 graden Celsius), smelt het gesmolten water in feite als de temperatuur stijgt. Na 40 F (4 C) begint het weer uit te breiden. Dit fenomeen maakt ijs minder dicht dan het water eromheen, wat de reden is waarom ijs drijft.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

IJs zet uit met vaste snelheid , vloeibaar water expandeert in een versnellende snelheid met toenemende temperatuur en stoom expandeert opnieuw met een vaste snelheid. Tussen de temperaturen van 32 F (0 C) tot 40 F (4 C), trekt vloeibaar water zich samen met toenemende temperatuur.

Uitbreiding van ijs, water en stoom

Als een solide ijs kan alleen lineair expanderen, wat betekent dat de lengte en breedte van een ijsblokje kunnen veranderen. De lineaire uitzettingscoëfficiënt voor ijs, die fractionele lengteverandering en -breedte per graad Kelvin meet, is een constante 50 x 10 <-6-6 K. Dit betekent dat ijs in een uniforme hoeveelheid expandeert met elke graad van warmte die u toevoegt .

Als ijs vloeibaar water wordt, heeft het niet langer vaste lineaire afmetingen, maar het heeft volume. Wetenschappers gebruiken een andere thermische coëfficiënt - de coëfficiënt van de volume-expansie - om de reactie van vloeibaar water op temperatuur te meten. Deze coëfficiënt, die fractionele volumeveranderingen per graad Kelvin meet, staat niet vast. Het neemt toe met de montagetemperatuur totdat het water begint te koken. Met andere woorden, vloeibaar water breidt zich in toenemende mate uit naarmate de temperatuur stijgt.

Wanneer water in stoom verandert, breidt het uit volgens de ideale gaswet: PV = nRT. Als de druk (P) en het aantal molen damp (n) constant blijven, neemt het stoomvolume (V) lineair toe met de temperatuur (T). In deze vergelijking is R een constante die de ideale gasconstante wordt genoemd.

The Crucial Anomaly

Op het smeltpunt vertoont water een kenmerk dat door geen enkele andere verbinding wordt gedeeld. In plaats van door te gaan met expanderen in de vloeibare toestand, trekt het samen en neemt de dichtheid ervan toe totdat het een maximum bereikt bij 40 F (4 C). Vanaf het smeltpunt tot dit kritieke punt is de uitzettingscoëfficiënt negatief en op het punt van maximale dichtheid is de uitzettingscoëfficiënt 0. Als de temperatuur blijft stijgen, wordt de uitzettingscoëfficiënt weer positief.

Als u de temperatuurgradiënt omkeert en water tot het vriespunt afkoelt, begint het uit te zetten bij 40 F (4 C) en blijft het uitzetten totdat het bevriest. Dit is de reden dat waterleidingen bij vriesweer barsten en waarom je nooit een glazen fles water in de vriezer moet leggen.