כאשר מים (נוזל) קופאים לקרח (מוצק) נפחם גדל, כלומר משקלם הסגולי (צפיפות) קטן וזאת הסיבה מדוע קרח צף על פני מים. תופעה זו הפוכה לרוב החומרים בהם הנפח קטן במעבר מנוזל למוצק. תופעה זו קוריה האנומליה של המים. חומרים נוספים המתרחבים במעבר ממצב נוזל למוצק הם עופרת, ניאון ועוד.

צפיפות מים ב אפס מעלות קרובה ל 1 גרם לסמ"ק.
צפיפות הקרח באפס מעלות קרובה ל 0.9 גרם לסמ"ק.
פירוש הדבר שנפח המים גדל בכ 10% כשהם קופאים.

אם ניקח כלי סגור מלא במים המסוגל לעמוד בעומסים גבוהים ונקרר אותו, נקודת הקיפאון של המים תרד מתחת לאפס. ככל שהלחץ על המים יגדל כך נקודת הקיפאון תרד.

התופעה נגרמת כתוצאה מסידור המולקולות.
מולקולת מים מורכבת מאטום חמצן ושני אטומי מימן.
במצב מוצק נוצרים קשרים בין אטום חמצן לאטום מימן ממולקולה שכנה אך ורק בזווית מסוימת היוצרת סידור בעל צפיפות נמוכה; כאשר הקרח מחומם הקשרים נשברים והצפיפות עולה.

 
תמונה נלקחה מויקיפדיה

מאת:ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

15 תגובות

  • גל אבישר

    האנומליה של המים

    עזרתם לי מאוד להתכונן למפמר. תודה

  • איתמר

    יש לי שעורי בית במדעים

    למה האנומליה של המים מתרחשת רק במים ולא בעוד חומרים נוספים?

  • אנונימי

    למה האנומליה נוצרת למה זה

    למה האנומליה נוצרת למה זה קורה?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    למה מתרחשת האנומליה

    יש לנו כתבה נפרדת שמסבירה למה היא מתרחשת:
    http://davidson.weizmann.ac.il/online/askexpert/chemistry/%D7%9E%D7%93%D...

  • נירית

    מדוע יש אנומליה גם בניאון ועופרת

    אשמח אם תוכל לענות,
    מדוע יש אנומליה בנאון ובעופרת, הרי הם אינם בעלי קיטוב כמו מולקולות המים?
    כמו כן בקישור שמצורף בערך של דוידסון למצבי צבירה מאוניברסיטת קולורדו, מראים כי חלקיקי הנאון צפופים יותר במוצק מאשר בנוזל.
    אשמח ואודה לך מאוד אם תוכל להבהיר לי את פשר הדבר.
    תודה רבה
    נירית

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    בדקתי

    היי נירית
    ההסבר הוא בנתונים שסיפקת בשאלתך... הם שגויים. בדיקה קצרה של נתונים באינטרנט מראה כי אין אנומליה, לא בעופרת ולא בניאון:
    צפיפות עופרת מוצקה: 11.3 נוזלית: 10.7 גרם לסמ"ק (מוצק יותר צפוף, אין אנומליה).
    כך גם לגבי ניאון: https://en.wikipedia.org/wiki/Noble_gas_(data_page)

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • נטלי

    טווח הטמפרטורות בהן קיימת האנומליה

    ידוע שהנפח של מים מתחיל לעלות כשיורדים מתחת ל- 4 מעלות צלזיוס ועד לנקודת הקיפאון. מה קורה כשיורדים מתחת לאפס מעלות צלזיוס?
    האם אז הנפח נשאר קבוע? או שהוא ממשיך לעלות? או שהוא דווקא מתחיל לרדת?
    למיטב הבנתי, מתחת לאפס האנומליה נפסקת, ואז ככל שממשיכים לרדת בטמפרטורה, הנפח קטן (כמו בחומרים אחרים).

    אשמח לאישרור שלכם בעניין.....
    תודה מראש,
    נטלי

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    אכן

    אם לדייק - באפס מעלות יש קפיצה אדירה בנפח כאשר מצב הצבירה משתנה מנוזל למוצק. אבל קרח מוצק מתנהג כבר באופן נורמלי - ועם ירידת הטמפרטורה מתחת אפס מעלות הנפח שלו הולך וקטן.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • נטלי

  • מאיר ברק

    מקור הקרחונים ממשקעים ולכן הם עשויים ממים מתוקים

    זאת גם הסיבה מדוע ישנם מקומות מאוד קרים בעולם ללא קחונים- פשוט אין בהם מספיק משקעים.
    גילם של קרחונים נמדד באלפי שנים בעוד גיל האוקינוסים במיליוניי שנים.

  • עמוס

    האם הקרחונים בקוטב עשויים מים מתוקים או מלוחים?

    האם הקרחונים בקוטב עשויים מים מתוקים או מלוחים והאם יתכן שהקרחונים קדומים יותר מהאוקיינוס שסביבם?

  • מאיר ברק

  • יהונתן

    היחס בין לחץ לנקודת קפאון

    ד"ר מאיר ברק כתב שככל שהלחץ על המים יגדל כך נקודת הקיפאון תרד, שאלתי היא האם יש לזה גבול, האם בטמפרטורה מספיק נמוכה המים תמיד יקפאו אפילו בלחץ גבוה? אם כן מהיא הטמפרטורה.

  • עלמה

    חומרים נוספים

    האם הסיבה של הסידור במרחב תקפה גם לחומרים הנוספים אשר מתרחבים כאשר הופכים למוצק ?
    והיכו ניתן לראות רשימה של חומרים אלו?

  • מאיר ברק

    יש חומרים נוספים

    יש מספר יסודות וחומרים נוספים שהם פחות צפופים במצב מוצק (סידור מרחבי) חוץ מאשר מים.
    חומרים אלו במצבם המוצק יצופו על הנוזל של עצמם (כמו קרחון).

    [הצפיפות נמדדת בגרם לסנטימטר מעוקב]
    * גאליום (gallium) צפיפות 5.91 במוצק, 6.095 בנוזל.
    * ביסמוט (bismuth) צפיפות 9.78 במוצק, 10.05 בנוזל.
    * גרמניום (germanium) צפיפות 5.323 במוצק, 5.6 בנוזל.
    * סיליקון (silicon) צפיפות 2.323 במוצק, 2.57 בנוזל.