Dlaczego lód unosi się na powierzchni wody, a nie tonie jak większość ciał stałych? Odpowiedź na to pytanie składa się z dwóch części. Najpierw przyjrzyjmy się, dlaczego coś się unosi. Następnie zbadajmy, dlaczego lód unosi się na ciekłej wodzie, zamiast opadać na dno.
Dlaczego Ice Floats
Substancja unosi się, jeśli jest mniej gęsta lub ma mniej masy na jednostkę objętości, niż inne składniki w mieszaninie. Na przykład, jeśli wrzucisz garść kamieni do wiadra z wodą, skały, które są gęsty w porównaniu z wodą tonie. Woda, która jest mniej gęsta niż skały, będzie unosić się na powierzchni. Zasadniczo skały wypychają wodę z drogi lub wypierają ją. Aby obiekt mógł się unosić, musi przesunąć ciężar płynu równy jego własnemu ciężarowi.
Woda osiąga maksymalną gęstość w temperaturze 4 ° C (40 ° F). Gdy ostygnie dalej i zamarza w lodzie, staje się mniej gęsty. Z drugiej strony większość substancji jest najbardziej gęsta w stanie stałym (zamrożonym) niż w stanie ciekłym. Woda jest inna z powodu wiązanie wodorowe.
ZA cząsteczka wody jest zrobiony z jednego tlenu atom i dwa atomy wodoru silnie połączone ze sobą wiązania kowalencyjne. Cząsteczki wody są również przyciągane do siebie przez słabsze wiązania chemiczne (wiązania wodorowe) między dodatnio naładowanym wodorem atomy i ujemnie naładowany atomy tlenu sąsiednich cząsteczek wody. Gdy woda ochładza się do temperatury poniżej 4 ° C, wiązania wodorowe dostosowują się do utrzymywania ujemnie naładowanych atomów tlenu. W ten sposób powstaje sieć krystaliczna powszechnie znana jako lód.
Lód unosi się, ponieważ jest o około 9% mniej gęsty niż płynna woda. Innymi słowy, lód zajmuje około 9% więcej miejsca niż woda, więc litr lodu waży mniej niż litr wody. Cięższa woda wypiera lżejszy lód, więc lód unosi się na górę. Jedną z konsekwencji tego jest to, że jeziora i rzeki zamarzają od góry do dołu, co pozwala rybom przetrwać nawet po zamarznięciu powierzchni jeziora. Gdyby lód zatonął, woda zostałaby przemieszczona na szczyt i wystawiona na działanie niższej temperatury, zmuszając rzeki i jeziora do wypełnienia się lodem i zamrożenia ciała stałego.
Ciężkie zlewozmywaki lodowe
Jednak nie cały lód wodny unosi się na zwykłej wodzie. Lód wytworzony przy użyciu ciężkiej wody, która zawiera izotop wodoru deuter, tonie w zwykłej wodzie. Wiązanie wodoru nadal występuje, ale nie wystarcza, aby zrównoważyć różnicę masy między wodą normalną a ciężką. Ciężki lód tonie w ciężkiej wodzie.