Fasen van Water

Water bestaat in drie hoofdtoestanden: vast (ijs), vloeibaar en gas (stoom). De toestand waarin water zich bevindt, hangt af van de intermoleculaire krachten die watermoleculen samenbrengen en de kinetische energie die ze uit elkaar trekt.

Water bevriest wanneer de intermoleculaire krachten groter zijn dan de kinetische energie. In tegenstelling tot de meeste andere stoffen is water in vaste toestand minder dicht dan in vloeibare toestand. Dit komt omdat elk watermolecuul in staat is zich te binden met vier moleculen, waardoor een uit elkaar geplaatste, tetraëdrische organisatie wordt gevormd. Deze eigenschap van water zorgt ervoor dat ijs kan drijven. Zonder drijvend ijs zouden water van onder naar boven bevriezen, waardoor organismen in het water zouden sterven.

Wanneer kinetische energie in de vorm van warmte op ijs wordt toegepast, smelt ijs in vloeibaar water. In deze toestand worden bindingen tussen watermoleculen voortdurend verbroken en opnieuw gevormd. Wanneer ijs smelt, blijft de temperatuur van het water op het smeltpunt totdat het hele volume vloeibaar is. Pas als het ijs gesmolten is, stijgt de watertemperatuur voorbij het smeltpunt.

Kinetische energie slaagt erin on intermoleculaire krachten te verbreken, waardoor vloeibaar water (of zelfs ijs) in een gas kan veranderen. Het proces van het produceren van stoom uit vloeibaar water wordt verdamping genoemd. Verhogingen van kinetische energie kunnen optreden in verschillende situaties, zoals bij koken, of kunnen optreden aan het oppervlak wanneer water verdampt. Het proces waarbij een gas rechtstreeks uit een vaste stof wordt geproduceerd zonder eerst door een vloeibare fase te gaan, wordt sublimatie genoemd. Deze overgang is afhankelijk van lage atmosferische druk, waardoor de effecten van kinetische energie toenemen.

Stoom kan overgaan in een vloeistof zodra de kinetische energie daalt, een proces dat condensatie wordt genoemd, of het kan direct in een vaste stof worden omgezet, een proces dat afzetting of desublimatie wordt genoemd. Condens zorgt voor regen en afzetting voor sneeuw.

Bij het zoeken naar andere biocompatibele planeten is de aanwezigheid van water van cruciaal belang, vooral in vloeibare vorm, omdat het leven op aarde in water begon. Enceladus is een met ijs bedekte maan van Saturnus met waterpluimen of geisers op de zuidpool. De ontdekking van deze maan leidde in eerste instantie tot veel discussie, omdat de pluimen zowel stoom als ijs bleken te bevatten en men dacht dat Enceladus wellicht vloeibaar water onder het ijs had. Enceladus’ baan rond Saturnus en andere aanwijzingen suggereren inderdaad dat er wellichtt een uitgestrekte vloeibare oceaan aanwezig is op Enceladus. DIt betekent dat deze maan mogelijk bewoonbaar is.