- Thermische uitzetting en dichtheid van lichamen
- Onregelmatige verwijding van water
- Het belang van onregelmatige wateruitzetting
- In het waterleven
- In het leven uit het water
- Referenties
De onregelmatige uitzetting van water is een fysieke eigenschap die ervoor zorgt dat het water uitzet als het bevriest. Het wordt als een onregelmatige eigenschap beschouwd, omdat de meeste elementen uitzetten bij warmte en samentrekken bij kou. In water vindt het expansieproces echter plaats bij een van de twee temperatuurveranderingen.
Water wordt meestal beschouwd als de meest voorkomende vloeistof vanwege zijn overvloed op aarde. Maar in werkelijkheid is het het tegenovergestelde: zijn abnormale eigenschappen maken het de meest ongebruikelijke vloeistof.
Afbeeldingsbron: Wikimedia.org.
Het zijn echter juist de onregelmatige eigenschappen die de ontwikkeling van leven op aarde mogelijk hebben gemaakt.
Thermische uitzetting en dichtheid van lichamen
Thermische uitzetting of dilatatie is een fenomeen dat optreedt wanneer de grootte van een object toeneemt als gevolg van een verandering in de temperatuur.
Wanneer de temperatuur van een lichaam stijgt, zorgt dit ervoor dat de moleculen sneller bewegen. Door deze beweging ontstaat er een grotere ruimte tussen deze moleculen en deze nieuwe ruimte zorgt ervoor dat het object groter wordt.
Het is belangrijk op te merken dat niet alle lichamen hetzelfde uitzetten. Metalen zoals aluminium en staal zijn bijvoorbeeld elementen die bij verhitting een grotere uitzetting bereiken dan glas.
Wanneer een lichaam thermische uitzetting ondergaat, verandert niet alleen de grootte, maar ook de dichtheid.
Dichtheid is de hoeveelheid materie die zich in een volume-eenheid bevindt. Dit is met andere woorden het totale aantal moleculen dat een element in een bepaalde ruimte heeft.
Staal heeft bijvoorbeeld een hogere dichtheid dan veren. Daarom neemt een kilo staal minder ruimte in beslag dan een kilo veren.
Wanneer een lichaam uitzet, behoudt het dezelfde massa maar vergroot het de ruimte die het inneemt. Daarom, wanneer de temperatuur toeneemt, neemt de grootte ook toe maar neemt de dichtheid af.
Onregelmatige verwijding van water
Thermische uitzetting in water heeft bijzondere eigenschappen die essentieel zijn voor het behoud van leven.
Enerzijds ondergaat water bij verhitting hetzelfde expansieproces als de meeste lichamen. De moleculen scheiden en breiden uit en veranderen in waterdamp.
Wanneer het echter afkoelt, vindt er een uniek proces plaats: naarmate de temperatuur daalt, begint deze vloeistof samen te drukken.
Maar als het 4 ° C bereikt, zet het uit. Eindelijk, wanneer het 0 ° C bereikt, de temperatuur die nodig is om te bevriezen, neemt het volume toe tot 9%.
Dit komt doordat de moleculen van bevroren water samenklonteren in verschillende structuren dan andere materialen, waardoor er grote ruimtes tussen blijven. Daarom nemen ze een groter volume in dan water in vloeibare toestand.
Een alledaags voorbeeld waarin dit fenomeen kan worden waargenomen, is de bereiding van ijs in ijsemmers. Wanneer de ijsemmers gevuld zijn met water in vloeibare toestand, is het onmogelijk om ze boven de rand te vullen omdat het uiteraard zou morsen.
Bij het verwijderen van het ijs is het echter mogelijk te zien hoe het uit de ijsemmers steekt. Hiermee wordt aangetoond dat het volume is toegenomen tijdens het invriesproces.
Het is duidelijk dat wanneer de watermoleculen in ijs veranderen, hun dichtheid ook afneemt. Daarom is bevroren water minder dicht dan vloeibaar water, waardoor ijs de eigenschap heeft te drijven.
Dit is te zien in zeer eenvoudige voorbeelden, zoals wanneer het ijs dat aan een drankje is toegevoegd, in het glas drijft.
Maar het kan ook worden waargenomen in grote natuurverschijnselen zoals de ijskap die zich in de winter op water vormt en zelfs in het bestaan van ijsbergen.
Het belang van onregelmatige wateruitzetting
De onregelmatige verwijding van het water is niet alleen een wetenschappelijke nieuwsgierigheid. Het is ook een fenomeen dat een fundamentele rol heeft gespeeld in de ontwikkeling van het leven op aarde, zowel binnen als buiten het water.
In het waterleven
In watermassa's zoals meren is het mogelijk waar te nemen dat wanneer de winter komt, de bovenste laag van het water bevriest. Het water eronder blijft echter in vloeibare toestand.
Als ijs dichter was dan water, zou deze bevroren laag zinken. Dit zou een nieuwe vloeistoflaag blootstellen aan de kou van de atmosfeer en bevriezen om te zinken. Op deze manier zou al het water in de meren bevriezen en het onderwaterleven in gevaar brengen.
Dankzij de onregelmatige eigenschappen van water doet zich echter een ander fenomeen voor. Wanneer de oppervlaktelaag bevriest, wordt het water eronder op een temperatuur van 4 ° C gehouden.
Dit gebeurt dankzij het feit dat het water zijn hoogste dichtheid bereikt bij 4 ° C, dat wil zeggen dat het bodemwater altijd op zijn maximum zal zijn bij deze temperatuur.
Als het uiteindelijk zou toenemen, zou de dichtheid het naar de oppervlakte duwen waar de ijskap het weer zou bevriezen.
Dankzij dit fenomeen blijft de temperatuur van de watermassa's stabiel en beschermd tegen de kou van de atmosfeer. Dit garandeert het voortbestaan van de dier- en plantensoorten die in het water leven.
Die 4 graden maken het verschil voor alle wezens die in de wateren van de polen leven, zoals orka's en crabeater zeehonden.
In het leven uit het water
Het menselijk leven en in het algemeen alle vormen van leven die op aarde bestaan, profiteren ook van de afwijkende eigenschappen van water.
Enerzijds moet er rekening mee worden gehouden dat de meeste zuurstof afkomstig is van de verschillende soorten waaruit fytoplankton bestaat. Deze vorm van leven zou niet overleven als de oceanen konden bevriezen en dit zou de ontwikkeling van menselijk en dierlijk leven belemmeren.
Aan de andere kant heeft de onregelmatige verwijding van het water ook invloed op de oceaanstromingen. Daarom heeft het ook effecten op de klimatologische omstandigheden van de planeet.
Referenties
- Chaplin, M. (SF). Verklaring van de dichtheidsanomalieën van water. Hersteld van: lsbu.ac.uk
- Helmenstine, A. (2017). Waarom drijft ijs? Hersteld van: thoughtco.com
- Kinderen en wetenschap. (SF). De anomalie van water. Hersteld van: vias.org
- Meier, M. (2016). Ijs. Hersteld van: britannica.com
- Study.com. (SF). Thermische uitzetting: definitie, vergelijking en voorbeelden. Hersteld van: study.com.