Gyorskeresés

A víz abnormális hőtágulása 7234

A víz a legtöbb anyagtól eltérően viselkedik hőközlés hatására két szempontból is:

  • 0 ºC és 100 ºC között melegítés hatására összehúzódik (nem tágul, ahogy a többi anyag)
  • fagyáskor kitágul (nem összehúzódik, ahogy a legtöbb anyag)

Mindkét effektus oka az, hogy a vízmolekula erősen poláros: a hidrogénatomok "környékén" pozitívabb a molekula (ezt szokás \(\delta\) parciális töltésnek nevezni), míg a molekula többi részén, különösen az oxigénatom két nem kötő elektronpályáinak helyén negatívabb rész van:

Az alábbi ábra a vízmolekulánál a számított elektrosztatikus potenciál eloszlását mutatja:

Emiatt az erősen poláros molekulaszerkezet miatt a vízmolekulák mindig úgy próbálnak egymás mellett elhelyezkedni, hogy a \({\delta}^+\) és a \({\delta}^-\) parciális töltésekre minél inkább teljesüljön, hogy az ellentétesek egymáshoz közel, az azonosak viszont egymástól távol legyenek. A jég szerkezete emiatt ilyesmi:

Az ábrán a szaggatott vonalak mutatják, hol valósul meg, hogy az ellentétes parciális töltések egymáshoz közel kerültek (ezt szokás hidrogén-hídnak nevezni). Ezt a térdeli struktúrát síkban nagyon nehéz ábrázolni, ezért itt egy videó, melyben "lézerkard"-os látvánnyal megjelenítik a vízmolekulák parciális töltései között kialakuló másodlagos kötéseket, mintha ezeket a kölcsönhatásokat valami világító gumiszalagok működtetnék:

A víz a molekulái közötti másodlagos kölcsönhatások (hidrogénhíd-kötések) miatt tágul ki a megfagyása során, méghozzá 9%-kal nő meg ilyenkor a térfogata. (Emiatt van, hogy a jég mindig úszik a víz felszínén).

Szntén a vízmolekulák közötti másodlagos kölcsönhatások miatt van, hogy a víz \(0\ {}^\circ C\) hőmérsékletről melegítve egészen \(4\ {}^\circ C\) hőmérsékletig nem "hőtágul", hanem összehúzódik. Az effektus nagyon kicsi: csupán kb. egy tízezred részével csökken ekkor a térfogat:

de ennek a pici effektusnak nagy jelentősége van a vízi élővilág szempontjából, hogy a tavak nem fagynak be, még egy nagyon hideg télen sem.

Típus: