Penambahan Volume air Setelah Pembekuan

Setelah membeku (yaitu, berubah dari cair menjadi padat pada

pendinginan), sebagian besar zat mengalami peningkatan kepadatan (atau, dengan demikian, penurunan volume). Satu pengecualian adalah air, yang menunjukkan pemuaian yang tidak lazim dan biasa terjadi pada pembekuan—perluasan kira-kira 9 persen volume.

Perilaku ini dapat dijelaskan berdasarkan ikatan hidrogen. Setiap molekul H2O memiliki dua atom hidrogen yang dapat berikatan dengan atom oksigen; selain itu, atom O tunggalnya dapat berikatan dengan dua atom hidrogen dari molekul H2O lainnya. Jadi, untuk es padat, setiap molekul air berpartisipasi dalam empat ikatan hidrogen seperti yang ditunjukkan pada skema tiga dimensi Gambar di bawah ini.

Kaleng penyiraman yang pecah di sepanjang jahitan panel bawah panel samping. Air yang tertinggal di dalam kaleng selama malam akhir musim gugur yang dingin mengembang saat membeku dan menyebabkan pecahnya. (Fotografi oleh S. Tanner.)

di sini ikatan hidrogen dilambangkan dengan garis putus-putus, dan setiap molekul air memiliki 4 molekul tetangga terdekat. Ini adalah struktur yang relatif terbuka—yaitu, molekul-molekulnya tidak tersusun rapat dan, akibatnya, kerapatannya relatif rendah. Setelah mencair, struktur ini sebagian hancur, sehingga molekul air menjadi lebih rapat (Gambar di bawah)

Susunan molekul air (H2O) dalam (a) es padat dan (b) air cair.

pada suhu kamar jumlah rata-rata molekul air tetangga terdekat telah meningkat menjadi sekitar 4,5; ini menyebabkan peningkatan kepadatan. Konsekuensi dari fenomena pembekuan anomali ini sudah biasa. Fenomena ini menjelaskan mengapa gunung es mengapung; mengapa, di iklim dingin, perlu menambahkan antibeku ke sistem pendingin mobil (agar blok mesin tidak retak); dan mengapa siklus beku-cair memecah trotoar di jalan-jalan dan menyebabkan lubang terbentuk.