парадокс води

Одне з небагатьох виключень прямій залежності температури і об'єму - вода. При охолодженні теплої води її об'єм зменшується. Це зменшення триває, поки температура не знизиться приблизно до 4 ° С. При такій температурі вода досягає максимальної щільності і, отже, найменшого обсягу. При подальшому охолодженні води нижче 4 ° С вона починає розширюватися. Дане розширення триває, поки температура не знизиться до потрійної точки (О ° С). При температурі потрійної точки рідка вода починає змінювати стан на тверде і продовжує розширюватися. По завершенні зміни стану 0,0283 м3 води перетворюється в 0,0307 м3 льоду. Таке збільшення обсягу виробляє величезну силу, яка може підірвати труби та інші контейнери і зруйнувати суду, пірс і інші об'єкти, які знаходяться у воді.

Хоча здається, що розширення води суперечить відносинам температури і об'єму, як описано вище, це не так. Середня відстань між охолоджують молекулами продовжує зменшуватися при зниженні температури. так як кінетична енергія зменшується, як і очікувалося. Але відбувається фізичне, а не теплове розширення, так як молекули води утворюють кристалічну структуру. Коли атоми водню і кисню утворюють зв'язку, вони поділяються на пари, причому одна сторона молекули води отримує трохи вищий позитивний заряд, ніж інша. В результаті молекули діють як трикутні магніти, у яких одна сторона електростатично негативна, а інша - позитивна.

У рідкому стані ці електростатичні полюса притягують заряджену сторону суміжних молекул і рідина трохи стискається. Коли рідина починає змінювати стан на тверде, молекули перебудовуються, утворюючи кристалічну структуру з більш низькою ентропією. Тверда структура порушує електростатичне тяжіння між молекулами, так як пов'язує їх. Відстань між молекулами в кристалічній структурі трохи більше, ніж в рідкому стані, об'єм води збільшується при зміні стану на тверде. Якби не ця структура, обсяг води був би більше, ніж обсяг рівної маси льоду, як у інших речовин.