يستجيب الماء مثل أي مركب آخر لتغير درجات الحرارة ، ولكن يحدث شذوذ في نطاق ضيق حول نقطة الانصهار ، وهو تغيير يحدث فرقًا كبيرًا. عندما تقوم بتسخين الجليد ، تكتسب الجزيئات طاقة حركية ، ويتمدد الجليد حتى يذوب. ولكن بمجرد أن يتحول كل الجليد إلى ماء وتبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى ، يتوقف التمدد. بين 32 و 40 درجة فهرنهايت (0 و 4 درجات مئوية) ، يتقلص الماء المذاب في الواقع مع ارتفاع درجة الحرارة. بعد 40 فهرنهايت (4 درجة مئوية) ، يبدأ في التوسع مرة أخرى. هذه الظاهرة تجعل الجليد أقل كثافة من الماء المحيط به ، وهذا هو السبب في أن الجليد يطفو.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
يتمدد الجليد بمعدل ثابت ، ويتمدد الماء السائل بمعدل متسارع مع زيادة درجة الحرارة ويتمدد البخار مرة أخرى بمعدل ثابت. بين درجات حرارة 32 فهرنهايت (0 درجة مئوية) إلى 40 فهرنهايت (4 درجة مئوية) ، يتقلص الماء السائل فعليًا مع زيادة درجة الحرارة.
التوسع في الجليد والماء والبخار
يمكن للجليد ، باعتباره مادة صلبة ، أن يتوسع خطيًا فقط ، مما يعني أن طول وعرض مكعب الثلج يمكن أن يتغير. معامل التمدد الخطي للجليد ، والذي يقيس التغير الجزئي للطول والعرض لكل درجة كلفن ، هو ثابت 50 × 10
-6÷ ك. هذا يعني أن الجليد يتمدد بشكل منتظم مع كل درجة حرارة تضيفها إليه.عندما يتحول الجليد إلى ماء سائل ، لم يعد له أبعاد خطية ثابتة ، ولكن له حجم. يستخدم العلماء معامل حراري مختلف - معامل تمدد الحجم - لقياس استجابة الماء السائل لدرجة الحرارة. هذا المعامل ، الذي يقيس التغيرات الجزئية في الحجم لكل درجة كلفن ، غير ثابت. تزداد مع درجة حرارة التركيب حتى يبدأ الماء في الغليان. بمعنى آخر ، يتمدد الماء السائل بمعدل متزايد مع ارتفاع درجة الحرارة.
عندما يتحول الماء إلى بخار ، فإنه يتمدد وفقًا لقانون الغاز المثالي: PV = nRT. إذا ظل الضغط (P) وعدد مولات البخار (ن) ثابتًا ، فإن حجم البخار (V) يزداد خطيًا مع درجة الحرارة (T). في هذه المعادلة R ثابت يسمى ثابت الغاز المثالي.
الشذوذ الحاسم
عند نقطة الانصهار ، يُظهر الماء خاصية لا يتقاسمها أي مركب آخر. بدلاً من الاستمرار في التوسع في الحالة السائلة ، فإنه يتقلص ، وتزداد كثافته حتى يصل إلى 40 فهرنهايت (4 درجة مئوية) كحد أقصى. من نقطة الانصهار إلى هذه النقطة الحرجة ، يكون معامل التمدد سالبًا ، وعند نقطة الكثافة القصوى ، يكون معامل التمدد صفرًا. إذا استمرت درجة الحرارة في الارتفاع ، يصبح معامل التمدد موجبًا مرة أخرى.
إذا قمت بعكس تدرج درجة الحرارة وقمت بتبريد الماء إلى نقطة التجمد ، فإنه يبدأ في التوسع عند 40 فهرنهايت (4 درجة مئوية) ويستمر في التوسع حتى يتجمد. هذا هو سبب انفجار أنابيب المياه في الطقس المتجمد ولماذا يجب ألا تضع زجاجة مليئة بالماء في الفريزر.