Solidificazione
Per la maggior parte dei liquidi, la densità aumenta col diminuire della temperatura poiché aumenta la vicinanza tra le molecole; ciò dipende dal fatto che le molecole si muovono più lentamente e, quindi, diminuiscono gli spazi tra loro. Ne consegue che uno stesso volume possa contenere un numero maggiore di molecole.
Anche la densità dell'acqua aumenta al diminuire della temperatura fino a circa 4 °C. Al di sotto di tale temperatura, però, le molecole d'acqua sono così ravvicinate e si muovono così lentamente che ognuna può formare legami a idrogeno con altre quattro molecole d'acqua, cosa che non potrebbe avvenire a temperature più alte. Tuttavia, la geometria della molecola dell'acqua è tale che, quando la temperatura scende al di sotto dei 4 °C, le molecole devono allontanarsi leggermente l'una dall'altra per cercare di mantenere il maggior numero possibile di legami a idrogeno all'interno di una struttura stabile.
A 0 °C, cioè al punto di solidificazione (o congelamento) dell'acqua, si forma un reticolo cristallino nel quale ogni molecole d'acqua si lega mediante legami a idrogeno permanenti con altre quattro molecole d'acqua. Formando questi legami, le molecole nel ghiaccio si trovano tra loro più distanti che nell'acqua allo stato liquido; perciò, a differenza della maggior parte delle sostanze, l'acqua allo stato solido occupa un volume maggiore di quanto si trova allo stato liquido, ha perciò una minore densità.
Quando il ghiaccio si liquefa, sottrae calore dall'ambiente circostante. Per esempio, dei cubetti di ghiaccio posti in una bibita tendono lentamente a sciogliersi raffreddando, durante questo processo, il liquido in cui sono immersi. L'energia termica assorbita dal ghiaccio rompe i legami a idrogeno del reticolo cristallino; viceversa, quando l'acqua solidifica, libera la stessa quantità di calore nell'ambiente circostante. In questo modo, anche la neve e il ghiaccio servono come stabilizzatori della temperatura, particolarmente durante i periodi di transizione dell'autunno e della primavera. I cambiamenti di temperatura sono di conseguenza più moderati e gli organismi hanno la possibilità di adattarsi progressivamente al cambiamento delle stagioni, cosa essenziale per la loro sopravvivenza.

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