Suyun 4°C'ye kadar genleşmek yerine büzüşmesinin sebebi, su moleküllerinin hidrojen bağları adı verilen özel bir bağ türü ile birbirleriyle etkileşime girmesidir.
Sıcaklık arttıkça, su moleküllerinin kinetik enerjisi de artar. Bu artan enerji, moleküllerin daha hızlı hareket etmesine ve birbirlerinden daha uzaklaşmasına neden olur. Bu da genleşme olarak bilinen bir etkiye yol açar.
Ancak, su molekülleri arasında oluşan hidrojen bağları, bu genleşme eğilimini 4°C'ye kadar dengeler. Hidrojen bağları, bir su molekülünün hidrojen atomu ile başka bir su molekülünün oksijen atomu arasında oluşan zayıf elektriksel çekimlerdir. Bu bağlar, sıvı suyun yapısını sabitleştirmeye yardımcı olur ve moleküllerin birbirinden belirli bir mesafede kalmasını sağlar.
4°C'nin altında, su moleküllerinin termal hareketi azalır ve hidrojen bağlarının etkisi daha belirgin hale gelir. Bu da moleküllerin birbirine daha yakınlaşmasına ve suyun büzülmesine neden olur. Bu büzülme, 4°C'ye kadar devam eder ve sonra su tekrar genleşmeye başlar.
Suyun bu özelliği, doğada önemli bir rol oynar. Örneğin, göllerin kışın donmasının sebebi budur. Suyun 4°C'ye kadar soğuması ile birlikte, suyun hacmi azalır ve buz kristalleri oluşmaya başlar. Buz kristalleri daha da soğuk olan suyun üzerinde yüzer ve zamanla gölün tamamını kaplar.
Suyun bu özelliği olmasaydı, göller kışın donmaz ve birçok canlı türü hayatta kalamazdı.
İleri okuma için kaynaklara ek olarak bakabilirsin. (https://www.quora.com/Does-water-expand-or-contract-when-heated-from-0-4-degrees)
Kaynaklar
- J. Hallett, et al. (1969). The Anomalies Of Water.
- John E. McMurry, Robert C. Fay, et al. Chemistry: The Molecular Science. sf: Liquids and Intermolecular Forces.
