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 verwarmt, krijgen de moleculen kinetische energie en zet het ijs uit tot het smelt. Maar zodra al het ijs in water is veranderd en de temperatuur weer begint te stijgen, stopt de expansie. Tussen 32 en 40 graden Fahrenheit (0 en 4 graden Celsius) trekt het gesmolten water eigenlijk samen als de temperatuur stijgt. Voorbij 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 een vaste snelheid vloeibaar water expandeert met 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 feitelijk samen met toenemende temperatuur.
Expansie van ijs, water en stoom

Als een vaste stof kan ijs alleen maar uitzetten lineair, wat betekent dat de lengte en breedte van een ijsblokje kunnen veranderen. De lineaire uitzettingscoëfficiënt voor ijs, die fractionele verandering van lengte en breedte per graad Kelvin meet, is een constante 50 x 10 ^{-6 ÷ K. Dit betekent dat ijs in een uniforme hoeveelheid uitzet met elke graad warmte die u toevoegt .}

Wanneer ijs vloeibaar water wordt, heeft het niet langer vaste lineaire afmetingen, maar heeft het volume. Wetenschappers gebruiken een andere thermische coëfficiënt - de volume-uitzettingscoëfficiënt - 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 zet in toenemende mate uit naarmate de temperatuur stijgt.

Wanneer water in stoom verandert, zet het uit volgens de ideale gaswet: PV \u003d nRT. Als de druk (P) en het aantal mol 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.
De cruciale afwijking

Water vertoont op zijn smeltpunt een eigenschap die door geen enkele andere verbinding wordt gedeeld. In plaats van door te gaan met het uitbreiden in de vloeibare toestand, trekt het samen en neemt de dichtheid toe totdat het een maximum bereikt bij 40 F (4 ° C). Van 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 en koel water omkeert naar het vriespunt, begint het uit te zetten bij 40 F (4 ° C) en blijft het uitzetten totdat het bevriest. Dit is de reden dat waterleidingen barsten bij vriesweer en waarom je nooit een glazen fles vol water in de vriezer moet zetten.