Buz Küpleri Donarken Neden Şişer?

Su olağanüstü bir şeydir. Birçok madde sıvı halden katı hale geçerken çeker ve molekülleri iyice sıkışarak daha yoğun hale gelir. Ancak su, sıvı halden katı buz haline geçerken genleşir ve yoğunluğu azalır. Meşrubat içerken buzların dibe batmak yerine üste çıkmasının nedeni budur.

Normal atmosfer basıncında, moleküllerin sıcaklık dereceleri değişirken genellikle tahmin edilebilir tepkiler verirler. Moleküller ısıtıldığında uçuşup gaza dönüşürken, soğutulduğunda yoğunlaşıp akıcı bir sıvı halini alırlar. Daha fazla soğutulduğunda ise donarak küçülüp katılaşırlar. Maddenin halleri değişirken enerjileri de değişir: Yüksek enerjiden orta enerjiye geçer ve zar zor kıpırdar hale gelirler.

Kaynayan su genleşerek gaza ( buhara ) dönüşür ve mutfağa yayılıverir. Ancak aynı zamanda buzlukta dondurulan suyun da genleştiğini görürüz.

Bir gece önce ağzına kadar doldurulmuş bir buz kabı, sabaha, kaptan taşan buz küpleri ile doludur.

Peki Buz Küpleri Neden Şişer?

Su ilk başta gayet normal durur kapta. Sıcaklık düşerken, 4 derece santigrada ulaşana kadar moleküllerini birbirine yaklaşır ve kapladığı alan azalır. Ardından şaşırtıcı şekilde su yönünü değiştirir ve soğudukça hacmi artar. Su, nihayetinde 0 derece santigratta donduğunda genleşerek önemli ölçüde büyür.

Bilim insanları suyun bu garip tepkisini, molekülünün şekli ve moleküllerin birbirlerine olan bağıyla açıklar. Her bir su molekülü, iki hidrojen atomunun bir oksijen atomuna bağlanmış halidir ( H₂O). Atomların elektronları paylaşma şekli sebebiyle, bir su molekülünün hidrojen tarafı hafifçe pozitif yüklü ve oksijen tarafı da hafifçe negatif yüklüdür.

Sonuç olarak molekülün yüklü uçları diğer su moleküllerinin zıt yüklü uçlarını çeker ( bu hidrojen bağı olarak da bilinir).

Su sıvı haldeyken, moleküller birbirlerinin yanından kayıp geçerken bağlar oluşur, kırılır ve yeniden oluşur. Ancak su 4 derece sıcaklığa geldiğinde, moleküllerin enerjisi birbirlerine çok yakın duracak kadar düşmüştür. Dolayısıyla her H₂O molekülü, toplamda dört moleküle kadar, sabit hidrojen bağı oluşturur.

H₂O molekülleri 0 dereceye geldiğinde donmuş bir kristal kafes, bir altıgen şekil içinde, kıpır kıpır dizilir. Buz molekülleri, sıvı moleküllerinden farklı olarak katı bir şekilde birbirinden ayrı durur. Bu da moleküller arasında daha fazla boş alan olduğu anlamına gelir ve böylece donmuş su daha fazla yer kaplar.

Ve şaşırtıcı sonuç: Buzluğa 10 ölçü su koyarsanız, neredeyse 11 ölçü buz olur!