যে কারণে কোনো পদার্থকে তাপ দিলে তা প্রসারিত হয়

একটা বরফের টুকরা গরম করলে আয়তন না বেড়ে বরং কমতে থাকে। সাধারণত যেকোনো পদার্থকে তাপ দিলে প্রসারিত এবং ঠান্ডা করলে সংকুচিত হয়। ব্যতিক্রমের বিষয়ে পরে আলোচনা করা হচ্ছে। তাপে পদার্থের আয়তন বাড়ে কেন সেটা জানতে হবে। কারণ তাপে পদার্থের অণুগুলোর গড় গতিশক্তি (কাইনেটিক এনার্জি) বাড়তে থাকে।

এর ফলে অণুগুলোর ছোটাছুটি বেড়ে যায়। একে অপরের সঙ্গে ঠোকাঠুকি লাগে। এ জন্য অণুগুলোর মধ্যে দূরত্ব বেড়ে যায়। তাই পদার্থের আয়তন বেড়ে যায়। বিপরীত প্রক্রিয়ায়, ঠান্ডা হলে গড় গতিশক্তি কমতে থাকে। অণুগুলো কাছাকাছি চলে আসে। পদার্থ সংকুচিত হয়।

এখন পানির ব্যাপারটা কেমন হতে পারে? পানির তাপমাত্রার একটি নির্দিষ্ট পরিসীমায় এই নিয়ম মেনে চলে না। পানি ঠান্ডা করতে থাকলে প্রথমে যথানিয়মে সংকুচিত হতে থাকে। এভাবে তাপমাত্রা ৪ ডিগ্রি সেলসিয়াসে আসার পর পানি সবচেয়ে বেশি সংকুচিত হয়।

তখনো কিন্তু পানি বরফ হয় না, পানিই থাকে। কিন্তু এর চেয়েও বেশি ঠান্ডা করলে পানির আয়তন আর সংকুচিত না হয়ে প্রসারিত হতে থাকে। এর কারণ হলো পানির নিজস্ব গঠনশৈলী। পানি হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনের হালকা বন্ধনে তৈরি। এর তাপমাত্রা ৪ ডিগ্রি থেকে কমে শূন্য ডিগ্রিতে বরফে পরিণত হতে থাকলে এর অণুগুলো স্ফটিক বা ক্রিস্টালের আকার ধারণ করে। এ সময় বরফের অণুগুলো আরও শক্ত ও জটিল বন্ধনে আবদ্ধ হয়। আয়তন বেড়ে যায়। আবার তাপ দিলে প্রথমে ৪ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত বরফের আয়তন কমতে থাকে, এরপর আবার স্বাভাবিক নিয়মে আয়তন বাড়তে শুরু করে।