Water is een stof die in drie aggregatietoestanden kan worden waargenomen. In het kader van dit artikel staan we echter stil bij de eerste staat, solide.
Water bevriest en vormt kristallen van hard ijs. IJs kan vele kilometers oppervlakte vormen en rivieren, meren en andere watermassa's bedekken. Bovendien is het lichter dan vloeibaar water en staat het altijd bovenop. Water bevriest door lagere temperaturen.
Temperaturen en aggregatietoestand van stoffen
Hoe hoger de temperatuur, des te verder worden de moleculen van eventuele stoffen van elkaar gescheiden. Hun afstand tot elkaar leidt tot een verzachting van de stof, die eerst vloeibaar wordt en vervolgens volledig gasvormig. Dit proces kan worden overwogen bij het voorbeeld van ijzer, dat smelt in een smeltkroes en een vloeibare vorm aanneemt. Bij een sterke temperatuurstijging kan het ook gasvormig worden, dat wil zeggen verdampen, maar daarvoor moet de temperatuur echt hoog zijn.
Water is bij normale kamertemperatuur een vloeistof. Als de temperatuur stijgt, wordt het stoom en als het daalt, wordt het ijs. Het verlagen van de temperatuur heeft immers een omgekeerd effect op de moleculen - ze komen samen. En als ze dichterbij komen, wordt de substantie harder, dichter. Hetzelfde effect kan worden bereikt door elke stof mechanisch te persen - het zal moeilijker worden, opnieuw vanwege de convergentie van de moleculen.
Wat gebeurt er als de temperatuur daalt?
Wanneer water wordt beïnvloed door lage temperaturen, komen de moleculen samen om hexagonale vormen te vormen. Dit zijn natuurlijk sneeuwvlokken, dat zijn kristallen van water.Waterkoeling en de kristallisatie ervan zijn eigenlijk synoniemen die hetzelfde proces beschrijven. Water begint te kristalliseren bij een temperatuur van 0 graden - dit is precies het moment dat wordt genomen als de nulmarkering op de schaal van Celsius. Als we de Amerikaanse Fahrenheit-schaal beschouwen, dan zal hier de stolling van water plaatsvinden bij 32 graden.
Maar om waterkristallen te maken heb je een basis nodig, wat onzuiverheden of suspensies, waardoor dit proces begint. En als het water absoluut schoon is, wordt hier een iets ander fenomeen waargenomen - soms bevriest het alleen bij -40 graden en bij nul en andere niet te lage markeringen blijft het vloeibaar. Het bevriest echter niet alleen in een rustige staat. Schud je het met minpunten, dan verandert het meteen in ijs.
Interessante feiten
Er zijn veel paradoxen verbonden aan water. En afgezien van de nu reeds beschreven nuance, moet worden opgemerkt dat ijs meer volume inneemt dan vloeibaar water, dat wil zeggen dat deze stof bij bevriezing uitzet, terwijl andere juist minder volume innemen bij lage temperaturen. Het is met de uitzetting van water tijdens de ijsvorming dat het barsten van vaten, leidingen en andere voorwerpen die voor de winter met water zijn gevuld, wordt geassocieerd.
Op het moment van invriezen staan de moleculen wat verder van elkaar af, wat zo'n effect geeft. En het is precies deze factor, samen met bevroren luchtbellen, die ijs doet drijven. Als hij verdronk of zich van de bodem vormde, kon geen levend wezen in de vijvers overwinteren. Maar aan de oppervlakte, en daar te blijven, houdt het ijs daarentegen de warmte van water vast en vervult het een beschermende functie in de winter, waardoor dieren, planten en vissen de kans krijgen om te overwinteren en te overleven.
Er zijn nog andere interessante verschijnselen. De praktijk heeft dus aangetoond dat warm water sneller bevriest dan koud, en dit fenomeen werd zelfs in de oudheid met verbazing waargenomen. Op dit moment zijn er verschillende hypothesen die deze paradox verklaren, maar er is geen definitief antwoord gevonden.
Water is een mysterieus element, en hoe meer mensen zich verdiepen in de studie, hoe onverklaarbaarder de puzzels zijn. Momenteel staat vast dat het een herinnering heeft, dood of levend kan zijn. Het is een universeel oplosmiddel en heeft vele andere unieke eigenschappen. Ondanks de overvloed en prevalentie op onze planeet, behoudt het nog steeds veel van zijn puzzels, en de meeste van hen hoeven wetenschappers maar te verdragen. Ruzie maken met de feiten is immers moeilijk.