Voda reaguje ako každá iná zlúčenina na zmeny teplôt, ale v úzkom rozmedzí okolo bodu topenia sa vyskytuje anomália a je to zmena, ktorá má veľký rozdiel. Keď zahrejete ľad, molekuly získajú kinetickú energiu a ľad sa rozpína, až kým sa neroztopí. Ale akonáhle sa všetok ľad zmení na vodu a teplota začne opäť stúpať, expanzia sa zastaví. Medzi 32 a 40 stupňami Fahrenheita (0 až 4 stupne Celzia) sa rozpustená voda v skutočnosti zmenšuje, keď teplota stúpa. Pri teplotách nad 4 ° C sa začne opäť rozširovať. Tento jav spôsobuje, že ľad je menej hustý ako voda okolo neho, čo je dôvod, prečo ľad pláva.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Ľad sa rozpína konštantnou rýchlosťou, kvapalná voda sa rozpína zrýchľujúcou rýchlosťou so zvyšujúcou sa teplotou a para sa opäť rozpína stálou rýchlosťou. Medzi teplotami 0 ° C až 4 ° C sa kvapalná voda v skutočnosti sťahuje so zvyšujúcou sa teplotou.
Expanzia ľadu, vody a pary
Ako pevná látka sa môže ľad rozširovať iba lineárne, čo znamená, že sa môže meniť dĺžka a šírka kocky ľadu. Koeficient lineárnej rozťažnosti pre ľad, ktorý meria zlomkovú zmenu dĺžky a šírky na stupeň Kelvina, je konštantný 50 x 10
Keď sa z ľadu stane kvapalná voda, už nemá pevné lineárne rozmery, ale má objem. Vedci používajú na meranie reakcie kvapalnej vody na teplotu iný tepelný koeficient - koeficient objemovej rozťažnosti. Tento koeficient, ktorý meria zlomkové zmeny objemu na stupeň Kelvina, nie je pevne stanovený. Zvyšuje sa s montážnou teplotou, až kým voda nezačne vrieť. Inými slovami, kvapalná voda sa rozširuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou, keď teplota stúpa.
Keď sa voda zmení na paru, expanduje podľa zákona o ideálnom plyne: PV = nRT. Ak sa tlak (P) a počet mólov pary (n) udržiava na konštantnej hodnote, objem pary (V) sa zvyšuje lineárne s teplotou (T). V tejto rovnici je R konštanta nazývaná konštanta ideálneho plynu.
Rozhodujúca anomália
Vo svojom bode topenia má voda charakteristiku, ktorú nemá žiadna iná zlúčenina. Namiesto toho, aby pokračoval v expanzii v kvapalnom stave, zmršťuje sa a jeho hustota rastie, až kým nedosiahne maximum pri 40 ° F (4 ° C). Od bodu topenia do tohto kritického bodu je koeficient rozťažnosti záporný a v bode maximálnej hustoty je koeficient rozťažnosti 0. Ak teplota stále rastie, koeficient rozťažnosti sa stáva opäť kladným.
Ak zvrátite teplotný gradient a studenú vodu na bod mrazu, začne sa rozširovať pri 4 ° C (40 F) a bude sa rozširovať, kým nezmrzne. To je dôvod, prečo v mrazivom počasí praskli vodovodné potrubia a prečo by ste nikdy nemali dávať do mrazničky sklenenú fľašu s vodou.