Rahasia Anomali Air

Kebanyakan benda akan memuai (volume benda bertambah) jika suhunya bertambah dan benda menyusut (volume benda berkurang) ketika suhunya berkurang. Akan tetapi, cairan yang paling lazim yakni air, tidak berprilaku seperti cairan-cairan yang lain. Perhatikan pada gambar dibawah ini, dapat terlihat bahwa diatas 4^oC air berekspansi sewaktu temperatur naik, walaupun tidak secara linier. Akan tetapi, sewaktu  temperatur diturunkan dari 4^oC ke 0^oC, maka air berekspansi dan bukan berkontraksi. Ekspansi seperti itu dengan temperatur yang semakin berkurang tidaklah diamati di salam setiap cairan lazim . Ekspansi seperti itu diamati di dalam zat-zat yang menyerupai karet dan di dalam benda-benda padat yang berbentuk kristal pada interval-interval temperatur yang terhingga.  Misalnya jika air dipanaskan pada suhu 0^oC, semakin panas air, semakin berkurang volumenya. Proses penyusutan akan terhenti ketika air mencapai suhu 4^oC. Di atas 4^oC, air menjadi benda yang normal lagi, volumenya akan bertambah (terjadi pemuaian) seiring bertambahnya suhu.

 

Air akan memuai (volume air bertambah) ketika mendingin dari 4^oC sampai 0^oC. Misalnya air dimasukan ke dalam kulkas. Mula-mula suhu air 3^oC. Ketika di dalam kulkas, air mulai dingin (suhu air menurun). Pada saat suhu air menurun, volume air juga berkurang (air mengalami penyusutan). Ketika mencapai suhu 4^oC, air akan memuai (volumenya bertambah). Pemuaian akan terhenti ketika suhunya mencapai 0^oC. Volume air juga semakin bertambah ketika air membeku menjadi es. Berbeda dengan benda lain yang menyusut (volume benda berkurang) ketika benda semakin dingin. Massa jenis suatu benda akan bertambah ketika benda tersebut menyusut (volume benda berkurang). Sebaliknya, massa jenis benda akan berkurang ketika benda memuai (volume benda bertambah). Fenomena ini disebut dengan anomali air. Secara sistematis massa jenis dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

ρ = m/V

dengan:

ρ  = massa jenis (Kg/m³)

m = massa (Kg)

V = volume (m³)

Rahasia anomali air sesungguhnya berkaitan erat dengan kelangsungan makhluk hidup di belahan bumi yang memiliki musim dingin. Anomali tersebut telah menjadikan berat jenis es lebih kecil daripada air karena volume es yang lebih besar. Berat air yang masih cair adalah  sama dengan es yang telah membeku. Perubahan bentuk dari zat cair ke padat (membeku) tidak akan mengubah berat zat tersebut, akan tetapi volumenya mengalami perubahan yakni membesar. Karena volume es lebih besar maka berat jenisnya lebih kecil dari air. Inilah sebabnya es dapat mengapung.

Air akan mulai membeku jika molekulnya tidak memiliki lagi cukup energi untuk melepaskan diri dari ikatan atom hidrogen (H). Pada 0°C mulailah terbentuk ikatan-ikatan yang kuat, dimana setiap atom Oksigen (O) secara tetraedris dikelilingi oleh 4 atom Hidrogen (H). Yang pada mulanya ikatan molekul air tidak erat, akhirnya menjadi suatu kristal yang bolong-bolong (cluster). Akibatnya air dalam fase padat (es) ini mengambil bentuk volume yang besar. Pertambahan volumenya hingga mencapai 10%, massa jenisnya juga berkurang 10% (menjadi ringan) .Titik beku 0°C hanyalah berlaku pada air tawar (air yang tidak terkena campuran zat lain). Pada air laut titik beku dipengaruhi oleh kandungan kadar garam. Kandungan kadar garam lautan tidaklah sama. Garam dapat menurunkan titik beku air. Titik beku pada air laut dengan kadar garam sebanyak 3,5% adalah sekitar - 1,9°C. Perbedaan kadar garam didalam lautan juga meyebabkan air laut dapat bersirkulasi.