Rohan- Das ist eine sehr schöne Frage. Ich nehme an, Sie beziehen sich auf flüssiges Wasser, nicht auf Eis, da 4 ° C ungefähr die Temperatur (T) ist, bei der flüssiges Wasser bei Atmosphärendruck ein minimales Volumen hat.
Die Ausdehnung von Wasser bei niedrigeren T resultiert aus der Anordnung der Wassermoleküle, um die Energie ihrer Wechselwirkungen zu minimieren. Für die meisten Moleküle bedeutet dies normalerweise, dass sie ein wenig zusammengedrückt werden, aber Wasser hat zufällig eine energiearme Anordnung, die ziemlich offen ist. Wenn die Dinge abkühlen, setzen sie sich in niederenergetische Arrangements. Bei höheren T, die Moleküle Probe noch höhere Energiezustände, und ein Großteil von ihnen sind lose gepackt, so dehnt sich die Flüssigkeit- das typischere Verhalten.
Ich habe nicht gesagt, warum 4° C so besonders ist. Nichts wirklich Besonderes passiert dort in der Struktur des Wassers. 4 ° C ist zufällig das T, bei dem sich die Expansion aufgrund des Absetzens in die speziellen niederenergetischen Zustände und die Kontraktion aufgrund des allgemeinen Trends, mehr Zeit in Kontakt mit niedrigem T zu verbringen, aufheben.
0°C ist eine andere Sache. Zu diesem Zeitpunkt läuft die Tendenz, sich in einer speziellen Niedrigenergiestruktur niederzulassen, kooperativ ab und es bilden sich Eiskristalle. Wasserproben knapp über und unter 0°C sind sehr unterschiedlich. Knapp über und unter 4 ° C sind sie fast gleich.
Mike W.
(veröffentlicht am 22.10.2007)