Come regola generale , una sostanza occupa meno volume a temperature più basse . Quando un gas si raffredda a tal punto che diventa un liquido , esso subisce una drastica riduzione del volume , e si occupa anche meno spazio quando cambia dallo stato liquido allo stato solido . Tuttavia , quando l’acqua diventa ghiaccio , che non segue questi principi generali . Densità comparativi
La densità è la quantità di materiale che un dato volume di una sostanza contiene . Valori di densità approssimativi possono essere trovati pesando una sostanza a livello del mare e dividendo la cifra risultante dal suo volume . Un metro cubo di acqua pesa 1.000 chilogrammi , mentre un metro cubo di ghiaccio pesa solo 917 chilogrammi , in base al “College Fisica di Serway . ” Di conseguenza , l’acqua ha una densità maggiore di ghiaccio .
Volumi comparativi
Poiché l’acqua ha una densità maggiore di ghiaccio, acqua occuperà più spazio dopo cambia da un liquido allo stato solido . In altre parole , il ghiaccio avrà un volume maggiore di un peso uguale di acqua . Sulla base delle densità di confronto riportate nel “College Physics di Serway , ” un chilogrammo di acqua allo stato liquido occupa un volume di 1.000 ml , mentre un chilo di ghiaccio occupa un volume di 1.091 ml .
Hydrogen Bonding
Il motivo di questo insolito comportamento dell’acqua è un fenomeno chiamato legame idrogeno . La molecola di acqua consiste di due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno . I due atomi di idrogeno sono attaccati direttamente all’atomo di ossigeno , e l’angolo tra loro è 104,5 gradi . Il motivo per cui gli atomi di idrogeno sono ammassati su un lato del atomo di ossigeno è perché l’altro lato è occupato da due coppie di elettroni . Come risultato , la carica elettrica è equamente distribuito nella molecola d’acqua . Il lato che contiene le coppie di elettroni ha una quota maggiore della carica negativa che il lato contenente gli atomi di idrogeno . Questo provocherà una debole attrazione tra ciascun atomo di idrogeno e una coppia di elettroni di un atomo di ossigeno adiacente. A causa della mobilità delle molecole d’acqua allo stato liquido , questo legame a idrogeno non stabilirà un reticolo rigido , ma quando l’acqua scende sotto i 4 gradi Celsius , il legame diventa più forte . Quando l’acqua gela , i legami idrogeno formano un reticolo rigido che occupa più spazio rispetto alle molecole di acqua meno organizzate in acqua allo stato liquido . Griglie voluminosi a causa dello spazio vuoto che esiste tra i suoi componenti . Questo è il motivo per cui l’acqua occupa un volume maggiore dopo si trasforma in ghiaccio .
Conseguenze pratiche
L’acqua raggiunge la sua massima densità a 4 gradi centigradi . Di conseguenza , quando la temperatura scende al di sotto del punto di congelamento dell’acqua per un considerevole periodo di tempo , l’ acqua sul fondo di stagni e laghi finirà per cadere a 4 gradi Celsius . Nel frattempo , l’ acqua sopra si avvicinerà al punto di congelamento , e ghiaccio eventualmente si forma sulla superficie dell’acqua . Questo è importante , perché se il ghiaccio fosse più denso e meno voluminoso di acqua , ghiaccio si formano sul fondo dei laghi anziché in alto . Alla fine , interi laghi sarebbero diventati masse solide di ghiaccio , e di pesci e altre creature acquatiche sarebbe morto .