Vatten reagerar som alla andra föreningar på förändrade temperaturer, men en anomali inträffar i ett smalt område runt smältpunkten, och det är en förändring som gör en stor skillnad. När du värmer is, får molekylerna kinetisk energi och isen expanderar tills den smälter. Men när all isen har vänt sig till vatten och temperaturen börjar stiga igen, stannar expansionen. Mellan 32 och 40 grader Fahrenheit (0 och 4 grader Celsius) minskar det smälta vattnet faktiskt när temperaturen stiger. Utöver 40 F (4 C) börjar det expandera igen. Detta fenomen gör att isen är mindre tät än vattnet runt det, vilket är anledningen till att is flyter.

TL; DR (för lång; läste inte)

Is expanderar till en fast takt flytande vatten expanderar med en accelererande hastighet med ökande temperatur och ånga expanderar igen med en fast hastighet. Mellan temperaturen 32 ° C (0 ° C) till 40 ° C (4 ° C) dras faktiskt vatten med en stigande temperatur.
Expansion av is, vatten och ånga.

Som fast ämne kan is bara expandera linjärt, vilket innebär att en iskubens längd och bredd kan förändras. Den linjära utvidgningskoefficienten för is, som mäter fraktionerad förändring av längd och bredd per grad Kelvin, är en konstant 50 x 10 ^{-6 ÷ K. Detta innebär att is expanderar i en enhetlig mängd med varje värmegrad du lägger till till den.}

När is blir flytande vatten har den inte längre fasta linjära dimensioner, men den har volym. Forskare använder en annan termisk koefficient - volymutvidgningskoefficienten - för att mäta reaktionen från flytande vatten på temperaturen. Denna koefficient, som mäter fraktionsförändringar i volym per grad Kelvin, är inte fast. Det ökar med monteringstemperaturen tills vattnet börjar koka. Med andra ord expanderar flytande vatten i ökande takt när temperaturen stiger.

När vatten förvandlas till ånga expanderar det enligt den ideala gaslagen: PV \u003d nRT. Om trycket (P) och antalet mol ånga (n) bibehålls konstant, ökar volymen ånga (V) linjärt med temperaturen (T). I denna ekvation är R en konstant som kallas den ideala gasskonstanten.
The Crucial Anomaly

Vid dess smältpunkt uppvisar vatten en egenskap som delas av ingen annan förening. Istället för att fortsätta expandera i flytande tillstånd, drar den sig samman, och densiteten ökar tills den uppnår maximalt vid 40 ° C. Från smältpunkten till denna kritiska punkt är expansionskoefficienten negativ, och vid punkten för maximal densitet är expansionskoefficienten 0. Om temperaturen fortsätter att stiga blir utvidgningskoefficienten igen positiv.

Om du vänder temperaturgradienten och kyler vatten till fryspunkten börjar det expandera vid 4 ° C och fortsätter att expandera tills det fryser. Detta är anledningen till att vattenledningar spricker i frysande väder och varför du aldrig ska lägga en glasflaska full med vatten i frysen.