Nejlepší odpověď
Bod tuhnutí kapaliny je teplota, při které se kapalina přeměňuje na pevnou formu, a bod tání je teplota, při které se pevná látka vrací zpět na kapalinu. Jak by NEMOHLI být stejní?
Při této přesné teplotě jste dosáhli rovnováhy, kdy se stejný počet molekul přeměňuje na pevnou formu jako na kapalnou. Co posune fyzickou reakci tak či onak, je změna entalpie. Pokud se ze systému odebírá více tepla, dojde k zamrznutí a pokud se do systému přidá více tepla, dojde k dalšímu tání. Je důležité vzít v úvahu latentní teplo fúze, což je množství energie (tepla) potřebné k přechodu z jedné fáze do druhé.
Voda může existovat při 0 stupních C, stejně jako led. Ke změně teploty 1 gramu vody o jeden stupeň Celsia obvykle stačí jen 1 kalorií energie. Není tomu tak v bodě tuhnutí / tání. Změna kapalné vody na led nebo naopak vyžaduje neuvěřitelných 79,7 kalorií na gram.
Odpověď
Máte pravdu, že většina objektů se při zmrazení zmenší.
Důvodem, proč se voda při zamrzání rozpíná, je velmi zvláštní tvar molekuly vody a také její vlastnosti.
Jak jste možná věděli, voda je H2O, a pokud ne Nevím, jak to vypadá, vypadají takto.
Nyní jsem tento obrázek vybral ze zvláštního důvodu. Jak vidíte, voda je polární molekula, což znamená, že její elektrický náboj není rovnoměrně rozložen po celé její struktuře. V tomto případě kvůli vyšší elektronegativitě kyslíku (v zásadě má kyslík tendenci přitahovat k němu elektrony, takže k němu přitahuje elektrony z vodíku, a protože tvar molekuly vody není symetrický napříč všemi třemi osami, bude jedna strana být negativně nabitější než ostatní a vodíky budou mírně kladně nabité)
Jak to tedy souvisí s tím, proč se voda při zamrzání rozpíná?
No, jak vidíte, když jsou v kapalné formě, mohou se molekuly vody chaoticky klouzat kolem sebe (zkuste vytvořit au tvar ukazováčkem a palcem levé a pravé ruky a přimět je klouzat a volně se otáčet kolem sebe, vysvětluje to část)
Když však voda zamrzne, dojde k tomu
Jak vidíte, kvůli náboj molekuly vody, uspořádá se velmi zvláštním způsobem, takže negativnější kyslík má tendenci se uspořádat ve směru k nejbližší hydroge n molekula. Najednou máte všechny ty obrovské mezery mezi molekulami vody, které značně přispívají k celkovému objemu struktury. Důvodem, proč k tomuto druhu vyrovnání nedochází v kapalné formě vody, je to, že tyto mezimolekulární vazby jsou dostatečně slabé, aby je bylo možné překonat při našich normálních teplotách.
Takže když to shrnu, důvod proč voda expanduje, když je zmrzlá, je to kvůli její molekulární geometrii a polaritě náboje.