GĘSTOŚĆ WODY

Gęstość to parametr, który charakteryzuje "upakowanie" materii w danym ciele. Definiujemy ją jako stosunek masy ciała do zajmowanej przez nie objętości w określonej temperaturze. Ciała stałe mają większą gęstość niż ciecze i gazy. Wraz ze wzrostem temperatury gęstość zazwyczaj maleje. Czysta woda jest wyjątkiem od tej reguły. To jedyna substancja, która osiąga najwyższą gęstość w postaci cieczy. Woda ma bowiem największą gęstość przy temperaturze 4°C. Wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody sprawiają, że lód ma bardzo trwałą, uporządkowaną strukturę. W niskich temperaturach woda ma większą gęstość niż lód i dlatego lód pływa w wodzie.  

Dodanie soli do wody powoduje wzrost jej gęstości. Ponadto uniemożliwia tworzenie się wiązań wodorowych. Oznacza to, że woda morska, w przeciwieństwie do czystej wody, nie osiąga największej gęstości w temperaturze 4°C, lecz gdy zamienia się w lód. Oznacza to także, że woda morska zamarza w temperaturze poniżej 0°C. Wykorzystujemy to zimą sypiąc sól na drogi aby zapobiec ich oblodzeniu.

Gęstość wody jest związana ze zmianami temperatury.

Gęstość zwiększa się podczas oziębienia do temp. Około 277,14 K. W tej temperaturze gęstość wody jest największa i wynosi 0,999972+/- 0,000002 kg * m3.Dalsze oziębienie powoduje, że gęstość wody maleje w sposób ciągły; w temperaturze 273,16K, podczas krzepnięcia gęstość zmniejsza się w sposób nieciągły do wartości gęstości lodu.

Zwiększenie gęstości wody podczas topnienia lodu jest wynikiem szybkiego rozpadu jego przestrzennej budowy na mniejsze asocjaty, w których około 85% wiązań wodorowych między cząsteczkami H2O zostaje jeszcze zachowanych w wodzie po stopieniu lodu. Stopniowy rozpad tych luźnych struktur i asocjatów uwarunkowanych wiązaniami wodorowymi powoduje, że gęstość ciekłej wody podczas ogrzewania jej od temperatury topnienia do 277,14K wzrasta, aby następnie ze wzrostem temperatury według ogólnych zasad dylatacji- maleć.

ZJAWISKA ZWIĄZANE Z GĘSTOŚCIĄ WODY

1.CYRKULACJA WODY

W okresie zimy pod wodą istnieje możliwość życia organizmów. Ochładzająca się jesienią woda opada na dno, wypierając cieplejsze warstwy ku górze, Az temperatura w całym zbiorniku osiągnie 277,14K. Wtedy ruch spowodowany zmianą temperatury ustaje.

Kolejnym etapem jest przewodnictwo cieplne i konwekcja , aż górna warstwa zamarza i tworzy taflę lodu na powierzchni gdyż jego gęstość jest mniejsza niż gęstość wody. Utrudnia to w jeszcze większym stopniu wyśmiane cieplną. W głębokich jeziorach i stawach następuje sezonowa cyrkulacja wody. W krajach umiarkowanych tworzą się warstwy wody o różnej temperaturze. Latem wyższa temperatura panuje przy tafli, natomiast zima obserwujemy odwrócone „uwarstwienie” (stratyfikację) i najniższa temperatura jest pod lodem.

Tylko dwa razy w roku kiedy w górnych warstwach zachodzi nagrzewanie się albo oziębianie, następuje wyrównanie się temperatur całej masy wody, spowodowane całkowitym jej wymieszaniem. Ma to ogromne znaczenie w natlenianiu wody jezior.