Su Neden Yüzeyden Donmaya Başlar?

Maddeler soğutulduğunda taneciklerinin ortalama kinetik enerjisi düşer, daha düşük enerjili bu tanecikler de daha az hacim kaplamaya başlar ve dolayısıyla daha az hacim kapladığı için maddenin yoğunluğu artar. Ancak molekülleri arasında daha farklı etkileşimler olan su, diğer sıvılara benzemez. Diğer maddelerde, maddenin ısısı düştükçe moleküllerin ortalama kinetik enerjisi düşer ve hacmi azalıp yoğunluğu artar, ancak ısısı azaldıkça yoğunluğunda gözlenen tuhaf değişim suyun en ilgi çekici özelliklerindendir ve onu diğer maddelerden farklı kılar. Molekülleri soğudukça suyun da diğer sıvılar gibi yoğunluğu artar ta ki sıcaklık       4  ̊C’ye düşene kadar.

Su molekülünü oluşturan oksijen ve hidrojen atomları kovalent bağ ile bağlıdır. Molekülleri arasında ise zayıf hidrojen bağları vardır. Sıcaklık    4 ̊C’nin üzerindeyken baskın kuvvet taneciklerin kinetik enerjisidir, yani o noktaya kadar diğer maddeler gibi davranır. Sıcaklık 4 ̊C’ye düştüğünde ise su kütlesi mümkün olan en küçük hacimde, yani en yüksek yoğunlukta olur.

Suyu farklı kılan, diğer sıvılardan ayıran büyük farklar sıcaklık 4 ̊C’nin altına düştükçe gözlenir. Kinetik enerjisi iyice düşen su molekülleri birbirine yaklaşmak yerine düzgün ve boşluklu yapılar oluşturarak hacmini artırır. Donma noktasına ulaştığında ise boş ve altıgen yapıda kararlı kristal kafesler oluşmaya başlar. Böylece donarken hacmi artan suyun yoğunluğu artmak yerine azalmış olur. Hacmi arttığı için yoğunluğu azalan su donmaya başlarken sığ yüzeylerden donmaya başlar ve yüzeyde kalır, çünkü suyun dipte kalan kısımları 4 ̊C’deki en yoğun halidir.

Suyu farklı kılan bu özellik kış aylarında donan göllerde suyun yüzeyden donmaya başlamasını ve böylece dipte kalan suyun 4 ̊C’de kalarak içinde bulunan canlılar için yaşama elverişli bir ortam oluşturmasını sağlar.