Vann reagerer som alle andre forbindelser på skiftende temperaturer, men en avvik oppstår i et smalt område rundt smeltepunktet, og det er en endring som gjør en stor forskjell. Når du varmer is, får molekylene kinetisk energi, og isen utvides til den smelter. Men når all isen har blitt til vann og temperaturen begynner å stige igjen, stopper utvidelsen. Mellom 32 og 40 grader Fahrenheit (0 og 4 grader Celsius), smelter vannet faktisk sammen når temperaturen stiger. Utover 40 F (4 C) begynner den å utvide seg igjen. Dette fenomenet gjør isen mindre tett enn vannet rundt den, og det er grunnen til at is flyter.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Is utvides med en fast hastighet, flytende vann utvides med en akselerasjonshastighet med økende temperatur og damp utvider seg igjen med en fast hastighet. Mellom temperaturene på 32 F (0 C) og 40 F (4 C), trekker flytende vann seg faktisk sammen med økende temperatur.
Utvidelse av is, vann og damp
Som et fast stoff kan is bare ekspandere lineært, noe som betyr at lengden og bredden på en isbit kan endres. Koeffisienten for lineær ekspansjon for is, som måler fraksjonell endring av lengde og bredde per grad Kelvin, er konstant 50 x 10
-6÷ K. Dette betyr at isen utvides i en jevn mengde med hver varmegrad du tilfører den.Når is blir flytende vann, har den ikke lenger faste lineære dimensjoner, men den har volum. Forskere bruker en annen termisk koeffisient - koeffisienten for volumutvidelse - for å måle responsen til flytende vann på temperaturen. Denne koeffisienten, som måler brøkendringer i volum per grad Kelvin, er ikke fast. Den øker med monteringstemperaturen til vannet begynner å koke. Med andre ord utvides flytende vann i økende hastighet når temperaturen går opp.
Når vann blir til damp utvides det i henhold til den ideelle gassloven: PV = nRT. Hvis trykket (P) og antall mol damp (n) holder seg konstant, øker volumet av damp (V) lineært med temperaturen (T). I denne ligningen er R en konstant som kalles den ideelle gasskonstanten.
Den avgjørende avviket
Ved smeltepunktet viser vann en egenskap som deles av ingen annen forbindelse. I stedet for å fortsette å ekspandere i flytende tilstand, trekker den seg sammen, og dens tetthet øker til det oppnår et maksimum ved 40 F (4 C). Fra smeltepunktet til dette kritiske punktet er ekspansjonskoeffisienten negativ, og på punktet med maksimal tetthet er ekspansjonskoeffisienten 0. Hvis temperaturen fortsetter å stige, blir utvidelseskoeffisienten igjen positiv.
Hvis du snur temperaturgradienten og kjølig vann til frysepunktet, begynner det å ekspandere ved 40 F (4 C) og fortsetter å ekspandere til det fryser. Dette er grunnen til at vannrør sprenges i iskaldt vær, og hvorfor du aldri bør sette en glassflaske full av vann i fryseren.