Rohan – C’est une très belle question. Je suppose que vous faites référence à de l’eau liquide, pas à de la glace, puisque 4 ° C est à peu près la température (T) à laquelle l’eau liquide a un volume minimum, à la pression atmosphérique.
L’expansion de l’eau à T inférieur résulte du fait que les molécules d’eau s’arrangent pour minimiser l’énergie de leurs interactions. Pour la plupart des molécules, cela implique généralement de se serrer un peu, mais l’eau a un arrangement à faible énergie qui est plutôt ouvert. Lorsque les choses se refroidissent, elles s’installent dans des arrangements énergétiques plus faibles. À T plus élevé, les molécules échantillonnent des états d’énergie encore plus élevés, et la majorité d’entre elles sont mal emballées, de sorte que le liquide se dilate – le comportement le plus typique.
Je n’ai pas dit pourquoi 4°C est spécial. Rien de vraiment spécial ne s’y passe dans la structure de l’eau. 4 ° C se trouve juste être le T auquel l’expansion, due à l’installation dans les états spéciaux de basse énergie, et la contraction, due à la tendance générale à passer plus de temps en contact à bas T, s’annulent.
0°C est une autre affaire. À ce moment-là, la tendance à s’installer dans une structure spéciale à faible énergie s’éloigne de manière coopérative et des cristaux de glace se forment. Les échantillons d’eau juste au-dessus et en dessous de 0 ° C sont très différents. Juste au-dessus et en dessous de 4 ° C, ils sont presque les mêmes.
Mike W.
(publié le 22/10/2007)