Waarom is een bevroren watermolecuul, bij bep. temp, lichter dan een in vloeibare vorm?

Water bestaat uit moleculen. Bij een temperatuur boven nul graden Celsius is water vloeibaar. In vloeibaar water bewegen de moleculen los rond.

Water bevriest bij een temperatuur onder nul graden Celsius. Als het bevriest dan wordt het ijs. In ijs bewegen de moleculen niet meer los rond, maar vormen kristallen. Een ijskristal is zeshoekig (hexagonaal). Deze vorm zorgt ervoor dat ijs steviger is dan water. Ook ontstaat er door deze vorm veel lege ruimte tussen de watermoleculen. Deze lege ruimte heb je niet in vloeibaar water. Als water bevriest en ijs wordt, heeft het meer ruimte nodig, en zet het dus uit.
Het individuele molecuul veranderd dus niet van gewicht, maar als groep in een kristal is voor datzelfde gewicht meer ruimte nodig waardoor het SOORTELIJK gewicht afneemt.

H₂O-Moleculen hebben gewoon een vaststaand gewicht. Het is de afstand tussen de moleculen die ervoor zorgt hoe zwaar een kubieke meter (m³) ervan is. 1 m³ ijs is lichter dan 1 m³ water, er zitten minder moleculen in 1 m³ ijs. De afstand tussen de moleculen wordt bepaald door de temperatuur.
===
Je stelt:
"Als de temp. hoger wordt dan bewegen de moleculen heftiger en worden lichter t.o.v. de omgeving dus je zou zeggen als de temp. lager wordt dan zou het toch zwaarder moeten worden t.o.v. de omgeving,"
Wat je hier stelt klopt voor een deel niet.
Moleculen bewegen wel heftiger als ze warmer worden, maar ze worden niet lichter.
(De volgende vergelijking gaf mijn natuurkunde leraar ooit:)
Wat er gebeurt als moleculen heftiger gaan bewegen, is dat ze harder gaan botsen en dus meer ruimte opeisen. Denk aan kamer met dansende mensen vs. een kamer met mensen die stil staan. Een kamer met dansende mensen zal niet zoveel mensen kunnen huishouden dus bevat minder (mensen)massa.
Je zou dus in eerste instantie verwachten dat als water afkoelt onder 0 het nog steeds zwaarder(per m³) zou worden, immers de moleculen bewegen minder en kunnen dus steeds netter naast elkaar bestaan. ECHTER gebeurt er rond het vriespunt van water iets bijzonders; het zet juist uit. (Heeft Oze technisch al mooi uitgelegd).
===
Dit effect is ook heel fijn voor ons, en vooral voor vissen (iets minder wellicht voor vogels die niet op tijd wegvliegen :D). Als het namelijk anders was zou een sloot of meer van onder naar boven bevriezen en zou je zelden kunnen schaatsen. Ook zouden vissen dan altijd doodvriezen in het ijs als het zo ver zou komen dat het tot het oppervlak opvriest.
===
Een bekend fenomeen is het flesje bier(>90% water) in de vriezer mikken en dan er vergeten uit te halen. Het water(bier) bevriest dus zet uit (het wordt een groter volume) en het flesje barst. (De massa is gelijk gebleven.)
===
Op het plaatje zie je dat het idee van een lager wordende temperatuur zorgt voor een hoger wordende dichtheid klopt, BEHALVE rond de 0 graden. Zodat je ijsklontjes dus mooi blijven drijven in je aanmaaklimonade.
LINK:
Wanneer het water afkoelt, gaan de moleculen steeds minder bewegen. Hierdoor neemt het effect van de afstotende en aantrekkende krachten tussen de atomen toe. De moleculen gaan zich spontaan ordenen... Er ontstaan zeshoekige patronen, met in het midden lege ruimtes. Die ordening met lege ruimtes zorgt ervoor dat ijs meer ruimte inneemt dan water.