Molekylstruktur förklaring
Vattnets tillstånd kan ändras genom uppvärmning eller nedkylning eller genom att ändra trycket.
Molekylbindningar
Hur förändras vattnets tillstånd? När is sakta värms upp börjar isen att smälta och övergår till vätskeform. Om du fortsätter uppvärmningen, till cirka °C, övergår vattnet till gasform. Varför är det så? Vatten är en molekyl med den kemiska formeln H2O, vilket innebär att två väteatomer är bundna till en syreatom. Partiklarna i den fasta isen är tätt sammanpackade och förenade med kemiska bindningar som kallas vätebindningar.
Partikelmodellen
Dessa bindningar vibrerar hela tiden. Den energi som du tillför när du värmer upp isen gör att vibrationerna ökar i styrka. Vissa bindningar bryts och partiklarna blir fria att flytta runt lite - detta är när isen blir en vätska. När mer värme tillförs får partiklarna tillräckligt med energi för att bryta alla bindningar och försvinna som en gas eller ånga. Den fysiska egenskapen hos materia som beskriver hur tätt sammanpackade de enskilda partiklarna är i ett ämne kallas densitet.
Det är skillnaden i densitet i jordens materia som driver havsströmmar, vindar och platt-tektonik. I regel ökar densiteten hos ett ämne när det övergår från gas till vätska, och ökar ytterligare när ämnet övergår från vätska till fast form. Densiteten ökar också i takt med att temperaturen sjunker därför att lägre temperaturer medför mindre vibrationer hos atomerna. Och när atomerna inte flyttar runt så mycket packas de ihop tätare.
De kommer då närmare varandra.
Men vatten är annorlunda! Vatten har några mycket ovanliga fysiska och kemiska egenskaper som gör vatten till ett av de viktigaste ämnena på vår planet.
En droppe vatten
Titta på videoinspelningen av ESA-astronaut Frank De Winne när han demonstrerar hur vatten uppför sig i tyngdlöst tillstånd ombord på den internationella rymdstationen. Lärare kan använda detta filmklipp tillsammans med lektionskommentarerna för att låta eleverna jämföra hur vatten uppför sig på jorden och i rymden. Varför är vatten i fast form is ovanligt? Man kunde förvänta sig att ett fast ämne såsom is skulle sjunka.
Men du vet ju att isen flyter när du lägger några isbitar i en drink. Fyll en plastflaska med vatten och stäng locket. Lägg flaskan i frysen och se efter vad som har hänt nästa dag.
Molecular Structure
Du kommer nog att se att locket har hoppat av och flaskan ser ut att ha svällt. Vatten i vätskeform och is har olika densitet därför att molekylerna i is befinner sig längre bort från varandra, och tar därför upp större plats, än molekylerna i vatten. I rymden: Frank tar en liten isbit och placerar den inuti en vattendroppe. Vad händer med isen inuti vattendroppen? Flyter eller sjunker isen, eller gör den något annat?
Gravitation är den kraft som håller oss kvar jorden. Om du kastar ett föremål kommer det alltid att landa på marken. Denna kraft som drar alla föremål mot jorden kallas tyngdkraft. Så, i likhet med astronauterna och allt annat som inte är ordentligt fastspänt! Även vatten.