Γιατί τα στερεά υγρά και τα αέρια συστέλλονται όταν ψύχονται;

Δεν είναι απολύτως ακριβές να πούμε ότι όλα τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια * πάντα * συμβάλλουν όταν ψύχονται. Ενώ είναι αλήθεια για τις περισσότερες ουσίες, υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις και οι λόγοι πίσω από τη συστολή είναι πιο ξεχωριστές από ό, τι μια απλή δήλωση μπορεί να υποδηλώνει.

Εδώ είναι μια κατανομή:

Γιατί οι περισσότερες ουσίες συμβάλλουν όταν ψύχεται:

* Μοριακή κίνηση: Τα σωματίδια μέσα σε μια ουσία (άτομα ή μόρια) είναι συνεχώς σε κίνηση. Η θερμική ενέργεια αυξάνει τη μέση κινητική ενέργεια αυτών των σωματιδίων, προκαλώντας τους να κινούνται ταχύτερα και να δονείται πιο έντονα.

* Διαμοριακές δυνάμεις: Αυτές είναι οι ελκυστικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων που συγκρατούν μια ουσία μαζί. Όταν τα σωματίδια κινούνται ταχύτερα (λόγω θερμότητας), τείνουν να σπρώχνουν ο ένας τον άλλον πιο μακριά, ξεπερνώντας αυτές τις ελκυστικές δυνάμεις.

* Εφέ ψύξης: Όταν μια ουσία ψύχεται, τα σωματίδια επιβραδύνουν και δονείται λιγότερο. Αυτό επιτρέπει στις διαμοριακές δυνάμεις να τραβούν τα σωματίδια πιο κοντά, με αποτέλεσμα τη μείωση του όγκου, την οποία αντιλαμβανόμαστε ως συστολή.

Εξαιρέσεις:

* νερό: Αυτό είναι το πιο διάσημο παράδειγμα. Το νερό επεκτείνεται όταν ψύχεται από 4 ° C έως 0 ° C (το σημείο κατάψυξης). Αυτό οφείλεται στη μοναδική δομή των μορίων νερού και στους δεσμούς υδρογόνου που σχηματίζουν. Κάτω από τους 4 ° C, η δέσμευση υδρογόνου γίνεται πιο κυρίαρχη, αναγκάζοντας τα μόρια του νερού σε μια λιγότερο πυκνή, κρυσταλλική δομή (ICE).

* Ορισμένα πολυμερή: Ορισμένα πολυμερή, όπως καουτσούκ, παρουσιάζουν ασυνήθιστη συμπεριφορά. Όταν ψύχονται, μπορούν να επεκταθούν και όχι να συμβάλλουν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία ψύξης αναγκάζει τις αλυσίδες πολυμερούς να γίνουν πιο άκαμπτες και λιγότερο ευέλικτες, οδηγώντας σε μεγαλύτερο όγκο.

Συνοπτικά:

* Σύσπαση: Η ψύξη συνήθως μειώνει την κινητική ενέργεια των σωματιδίων, επιτρέποντας στις διαμοριακές δυνάμεις να τις τραβήξουν πιο κοντά, με αποτέλεσμα μικρότερο όγκο.

* Εξαιρέσεις: Υπάρχουν ουσίες όπως το νερό και ορισμένα πολυμερή όπου η συμπεριφορά είναι πιο περίπλοκη και η ψύξη μπορεί να οδηγήσει σε επέκταση.

Θυμηθείτε, η κατανόηση της σχέσης μεταξύ της θερμοκρασίας και της συμπεριφοράς της ύλης είναι απαραίτητη για πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της χημείας, της φυσικής και της επιστήμης των υλικών.