Beste svaret
En væskes frysepunkt er temperaturen der væsken konverterer til en fast form, og smeltepunktet er temperaturen der det faste stoffet går tilbake til væske. Hvordan kunne de IKKE være de samme?
Ved den nøyaktige temperaturen har du oppnådd likevekt, hvor det samme antall molekyler omdannes til fast form som konverterer til flytende form. Det som forskyver den fysiske reaksjonen på en eller annen måte, er endringen i entalpi. Hvis mer varme fjernes fra systemet, vil frysing oppstå, og hvis mer varme tilføres systemet, vil mer smelting oppstå. Det er viktig at du tar den latente fusjonsvarmen med i betraktningen, hvilken mengde energi (varme) som kreves for å skifte fra en fase til en annen.
Vann kan eksistere ved 0 grader C, i likhet med is. Normalt tar det bare 1 kalori energi å endre temperaturen på 1 gram vann med en grad Celsius. Ikke så ved frysepunktet / smeltepunktet. Det tar hele 79,7 kalorier per gram for å endre flytende vann til is eller omvendt.
Svar
Vel, du har rett i at de fleste gjenstander krymper når de fryser.
Grunnen til at vann utvides når det fryser, er på grunn av et vannmolekyls veldig spesielle form og også dets egenskaper.
Som du kanskje har kjent, er vann H2O, og hvis du ikke gjør det ikke vet hvordan det ser ut, de ser slik ut
Nå valgte jeg det bildet av en veldig spesiell grunn. Som du kan se, er vann et polært molekyl, noe som betyr at dets elektriske ladning ikke er jevnt fordelt over hele strukturen. På grunn av oksygens høyere elektronegativitet (i utgangspunktet har oksygen en tendens til å tiltrekke elektroner til det, så det tiltrekker seg elektroner fra hydrogen til det, og siden formen på et vannmolekyl ikke er symmetrisk over alle de tre aksene vil den ene siden være mer negativt ladet enn den andre, og hydrogenene vil være litt positivt ladede)
Så hvordan har dette sammenheng med hvorfor vann utvides når det fryser?
Vel, som du ser, når de er i flytende form, kan vannmolekylene gli rundt hverandre på en kaotisk måte (prøv å lage en form med venstre og høyre hånds pekefinger og tommel, og få dem til å gli og rotere fritt rundt hverandre, den slags forklarer dette del)
Men når vann fryser, skjer dette
Som du kan se, pga. ladningen av vannmolekylet, det ordner seg på en veldig spesiell måte, slik at det mer negative oksygenet har en tendens til å ordne seg i retning av nærmeste hydroge n molekyl. Plutselig har du fått alle disse enorme hullene mellom vannmolekylene som gir betydelig til det totale volumet av strukturen. Årsaken til at denne typen innretting ikke skjer i vannets flytende form er fordi disse intermolekylære bindingene er svake nok til at de kan overvinnes ved normale temperaturer.
Så for å oppsummere det hele, er årsaken hvorfor vann utvides når det er frossent, er på grunn av dets molekylære geometri og ladningspolaritet.