Hvorfor sammentrækker faste stoffer væsker og gasser, når de afkøles?

Det er ikke helt nøjagtigt at sige, at alle faste stoffer, væsker og gasser * altid * kontrakt, når de afkøles. Selvom det er sandt for de fleste stoffer, er der nogle undtagelser, og årsagerne til sammentrækning er mere nuancerede, end en simpel erklæring kan antyde.

Her er en sammenbrud:

hvorfor de fleste stoffer kontrakt, når de er afkølet:

* molekylær bevægelse: Partiklerne i et stof (atomer eller molekyler) er konstant i bevægelse. Varmeenergi øger den gennemsnitlige kinetiske energi for disse partikler, hvilket får dem til at bevæge sig hurtigere og vibrere mere kraftigt.

* Intermolekylære kræfter: Dette er de attraktive kræfter mellem partikler, der holder et stof sammen. Når partiklerne bevæger sig hurtigere (på grund af varme), har de en tendens til at skubbe hinanden længere fra hinanden og overvinde disse attraktive kræfter.

* køleeffekt: Når et stof afkøles, bremser partiklerne og vibrerer mindre. Dette gør det muligt for de intermolekylære kræfter at trække partiklerne tættere sammen, hvilket resulterer i et fald i volumen, som vi opfatter som sammentrækning.

Undtagelser:

* Vand: Dette er det mest berømte eksempel. Vand udvides, når den afkøles fra 4 ° C til 0 ° C (frysepunktet). Dette skyldes den unikke struktur af vandmolekyler og de brintbindinger, de danner. Under 4 ° C bliver hydrogenbindingen mere dominerende og tvinger vandmolekylerne til en mindre tæt, krystallinsk struktur (ICE).

* Visse polymerer: Nogle polymerer, som gummi, udviser usædvanlig opførsel. Når de afkøles, kan de udvide snarere end kontrakt. Dette skyldes, at afkølingsprocessen får polymerkæderne til at blive mere stive og mindre fleksible, hvilket fører til et større volumen.

Kortfattet:

* sammentrækning: Køling reducerer normalt den kinetiske energi fra partikler, hvilket gør det muligt for intermolekylære kræfter at komme dem nærmere, hvilket resulterer i et mindre volumen.

* Undtagelser: Der er stoffer som vand og visse polymerer, hvor opførslen er mere kompleks og afkøling kan føre til ekspansion i stedet.

Husk, at det er vigtigt at forstå forholdet mellem temperatur og opførsel af stof for mange felter, herunder kemi, fysik og materialevidenskab.