Rohan – Questa è una domanda molto bella. Presumo che tu ti riferisca all’acqua liquida, non al ghiaccio, poiché 4°C è circa la temperatura (T) alla quale l’acqua liquida ha un volume minimo, a pressione atmosferica.
L’espansione dell’acqua a T inferiore deriva dalle molecole d’acqua che si organizzano per ridurre al minimo l’energia delle loro interazioni. Per la maggior parte delle molecole, che in genere comporta spremitura insieme un po’, ma l’acqua sembra avere una disposizione a bassa energia che è piuttosto aperto. Quando le cose si raffreddano, si sistemano in accordi di energia più bassi. A T più alto, le molecole campionano stati di energia ancora più elevati, e la maggior parte di essi sono vagamente imballati, quindi il liquido si espande – il comportamento più tipico.
Non ho detto perché 4°C è speciale. Niente di veramente speciale accade lì nella struttura dell’acqua. 4 ° C è solo la T alla quale l’espansione, dovuta all’assestamento negli stati speciali a bassa energia, e la contrazione, dovuta alla tendenza generale a trascorrere più tempo a contatto a bassa T, si annullano.
0°C è un’altra questione. A quel T, la tendenza a stabilirsi in una speciale struttura a bassa energia fugge in modo cooperativo e si formano cristalli di ghiaccio. I campioni di acqua appena sopra e sotto 0°C sono molto diversi. Appena sopra e sotto i 4°C sono quasi gli stessi.
Mike W.
(pubblicato il 22/10/2007)