When water freezes, its density- ?

জল যখন তরণী থেকে বরফে রূপান্তরিত হয়, তখন এর আণবিক গঠন পরিবর্তিত হয় এবং ঘনত্ব হ্রাস পায়। এর কারণগুলো ব্যাখ্যা করা হলো:

1. আণবিক বিন্যাসের পরিবর্তন
তরল অবস্থায় জল অনিয়মিতভাবে বিন্যস্ত থাকে, যেখানে হাইড্রোজেন বন্ডগুলো প্রায় অবিরাম ভেঙে–গড়ে। এতে অণুগুলো পরস্পরের খুব কাছে থাকতে পারে। কিন্তু তাপমাত্রা ০ °‌সেঃ-এর নিচে নেমে গেলে এই বন্ডগুলো স্থায়ীভাবে সঞ্চিত হয়ে যায় এবং একটি অভিন্ন হেক্সাগোনাল (ষড়ভুজ) ক্রিস্টাল ল্যাটিস তৈরি করে। এই ল্যাটিসে অণুগুলো এক–অন্যের থেকে কিছুটা দুরে অবস্থান করে, ফলে পরিমাণগতটা ভলিউম বেড়ে যায়।

2. ভলিউম বৃদ্ধির প্রভাব
বরফে রূপান্তরের সময় জলের ভলিউম আনুমানিক ৯% বাড়ে। ঘনত্ব (density) সূত্র অনুসারে, ঘনত্ব = ভর / আয়তন। যেহেতু ভর অপরিবর্তিত থাকে, ভলিউম বেড়ে যাওয়ার ফলে ঘনত্ব সামগ্রিকভাবে কমে যায়।

3. বাস্তব দৃষ্টান্ত
বরফ লেক বা নদীর উপর ভাসে এটিই আমাদের দৈনন্দিন জীবনের প্রমাণ যে বরফের ঘনত্ব তরলের চেয়ে কম। বরফের ভলিউম যত বেশি হবে, ততই তা পাতলা হয়ে ভাসতে পারে।

4. তাপমাত্রা ও ঘনত্বের সম্পর্ক
অধিকাংশ পদার্থের ক্ষেত্রে তাপমাত্রা কমলে ঘনত্ব বাড়ে, কারণ ভরার ওজনে কণাগুলো আরো ঘন হয়। কিন্তু জলের ক্ষেত্রে হাইড্রোজেন বন্ডের বিশেষ গঠনজনিত কারণে বরফে রূপান্তরিত হওয়ার সময়ই তার ভলিউম বৃদ্ধি পায় এবং ঘনত্ব কমে যায়।

সারসংক্ষেপ
জল যখন বরফে পরিণত হয়, তাতে আণবিক রূপান্তর ঘটতে থাকে: অণুগুলো একটি হেক্সাগোনাল ল্যাটিসে বিন্যস্ত হয়, ভলিউম বাড়ে এবং ঘনত্ব হ্রাস পায়। এই কারণেই বরফ পানিতে ভাসে এবং জলের ঘনত্ব কমে যায় বরফে রূপান্তরিত হলে।