Pourquoi une même masse d'eau prend-elle plus de place à l'état solide qu'à l'état liquide ?

Answer 1

A l'état liquide les molécules ont plus de liberté de mouvement entre elles et parviennent donc à s'orienter pour qu'au global la même quantité d'eau tienne dans un volume plus réduit.
A l'état solide les molécules se structurent de manière figée et l'arrangement des molécules entre elles n'est pas optimisé en terme de volume: il y a plus d'espace libre entre elles et au global, à plus grande échelle, le volume d'eau est plus grand pour la même quantité de molécules.

C'est un peu simplifié, j'espère que c'était à peu près clair...

Answer 2

C'est un question de molécules.
Quand l'eau est gelée, les liaisons entre les molécules sont dures et les molécules ne peuvent plus bouger, elles sont alignées.
Imagine des billes toutes alignées (lignes et colonnes)
A l'etat liquide, les billes ne sont plus solidaires, elles peuvent s'insérer dans les creux.

Mais comme le poids ne change pas, la densité diminue.
C'est pour ça que les glaçons flottent

Answer 3

Pour simplifier : l'eau est composé de particules (molécules) qui, à l'état liquide se déplacent librement Et lorsque l'eau se refroidit pour devenir solide, ces molécules perdent de l'énergie et se "collent" les unes à l'autre dans une disposition plus encombrante et bien déterminée c'équivalent à l'assemblage d'un armoire en kit par exemple

Answer 4

parce que la densité du solide est supérieure à la densité du liquide.

Answer 5

Je suis d'accord avec C-Jay dans le sens où l'eau est l'un des seuls corps moléculaires à avoir un volume plus important à l'état solide que liquide à cause de la réorganisation cristalline.
Il existe un autre élément qui a également ce comportement mais je ne m'en souviens plus.
Concernant la dilatation thermique...le terme signifie prendre plus de place avec la chaleur : un gaz prend plus de place qu'un liquide qui en prend plus qu'un solide. D'où la singularité de l'eau lors de sa solidification.
Ex: En métallurgie, quand on refroidit du métal il y a ce qu'on appelle un phénomène de retrait de solidification, le métal prends moins de place à l'état solide qu'à l'état liquide.

Pour revenir à l'eau, sa réorganisation cristalline a pour effet de "ranger" les molécules de manière plus stable qu'à l'état liquide.
Mais comme une molécule d'eau est "une tête de Mickey", 1 atome d'O avec de chaque côté un atome d'H relié à 120°, lors de la réorganisation en cristal les molécules prendront plus de place. En effet, le réseau cubique centré avec des molécules dont les constituants sont à 120° va engendrer plus d'espace que si les molécules étaient libres de bouger dans tous les sens. C'est lié à la structure même de cette molécule qui nous est si vitale.

Le plus simple est de dessiner une maille cubique centré pour s'en apercevoir.

Voilà et on bon dessin.

Answer 6

L'eau est en effet le seul corps qui se "dilate" lorsqu'il passe de l'état liquide a l'état solide. Cela est du a la réorganisation des molécules dans l’espace. L’eau est un liquide protique et très polaire, chaque molécule est associée à plusieurs autres via ce que l’on appelle des « liaisons hydrogènes ». On dit alors que le solvant est associé ce qui réduit les espaces entre les molécules et donc le volume qu’il prend dans l’espace. A l’état solide cette organisation change au profit d’une structure plus stable qui est le cristal. Il y a plusieurs types de cristaux :
-la neige (modèle hexagonal compact)
-la glace 1 (modèle cubique centré avec occupation d’un site tetrahèdrique sur 2)
-la glace 2 (je ne me souviens plus)

Ces structures sont par nature plus volumineuses car l’eau y est moins « associée ». De plus ils emprisonnent aussi très souvent de l’air se qui augmente d’autant plus le volume.

Answer 7

Par nature, il y a le même nombre de molécules ("rien ne se perds..."), et la dilataion est plutot un phénomène inverse : lorsque la température d'un corps augmente, celui ci se dilate...
Cette dilatation se vérifie quasiment tout le temps, mais là, c'est différent, parce qu'il y a un changement d'état : passage de l'état liquide à l'état solide.

Et, en plus, l'eau n'est pas un corps pur, mais un assemblage d'oxygène et d'hydrogène : un atome d'oxygène pour deux d'hydrogène (H2O). Une molécule d'eau a la forme d'une petite tête de mickey, avec en guise d'oreilles les atomes d'hydrogène, ou, en gros, d'un triangle.

Lorsque l'eau se solidifie, ces molécules s'organisent, se mettent en ordre, et prenne une forme très structurée, en se mettant toutes dans le même sens, chaque atome d'hydrogène étant plus attiré par les atomes d'oxygène.
Cette position organisée, un cristal en fait, prend finalement plus de place dans l'espace que lorsque les molécules sont en désordre, à l'état liquide (si vous rangez des petits triangles tous dans le même sens et côte à côte, ils prennent plus d'espace qu'en vrac).
Du coup la glace, pour le même nombre de molécules, mais bien rangées, prends plus de place.

Answer 8

Dans la glace,les molécules d'eau sont disposées selon une structure cristalline hexagonale (voir des photos de cristaux de neige) alors que dans l'eau liquide elles sont "en vrac" un peu comme des billes dans un sac.

Answer 9

D'accord avec Vannick.

Answer 10

Effet dilatation