При какой температуре вода начинает расширяться?
1 ответ:
Читайте также
Ну, если до бесконечности, то сначала сомнете атомные ядра и вгоните туда электроны оболочек. Получиться нейтронное вещество. Если сжимать дальше, получите кварковую плазму и так далее.
Но реально, человечество пока не умеет достигать таких больших давлений в нужных масштабах.
А из того что достижимо, хватает для получения только "горячего льда".
Для того, чтобы узнать, а что будет с веществом при таком-то давлении и температуре, существуют фазовые диаграммы состояний вещества. Вот для воды эта диаграмма выглядит так.
(Не забудьте, что температура указана в градусах Кельвина, а не Цельсия!)
Фазовая диаграмма состояния воды. Римскими цифрами обозначены модификации льда.
Вода расширяется при нагревании, как и остальные вещества, просто у неё есть небольшой диапазон аномального поведения плотности - от 0 до примерно +4 градусов Цельсия. Именно в этом диапазоне вода при нагревании увеличивает плотность, максимум которой как раз и приходится на 4 градуса. Если бы не эта уникальная особенность, водоемы зимой промерзали бы до дна, в действительности же более теплая и более тяжёлая вода с температурой +4 градуса опускается на дно, а более легкая с температурой около 0 поднимается вверх, образуя ледяную корку, препятствующую дальнейшему остыванию водоема.
Что касается сути того, почему так происходит, то дело в водородных связях между атомами Н одной молекулы и атомами О других молекул. Благодаря им выстраивается ажурная кристаллическая решётка льда.
В момент таяния связи ослабевают из-за теплового движения, освободившиеся молекулы воды заполняют внутренние полости в кристаллической решетке льда, что и приводит к росту плотности. Параллельно идёт и обратный процесс - из-за увеличения скорости тепловых колебаний молекул средние расстояния между ними растут, что снижает плотность. Оба процесса уравновешивают друг друга как раз в окрестности +4 градусов Цельсия, где вода достигает максимума своей плотности. С дальнейшим ростом температуры преобладает тепловое расширение, и вода начинает вести себя как все прочие жидкости.