Varför går isen på vatten?

Bilen sjunker genom isen (Juni 2019).

Anonim

Från gigantiska isbergar till små kuber flyter isen - den frusna formen av vatten - alltid i sin flytande form. Är det inte konstigt?

Vi är inte de enda som tycker att det är ovanligt; hela världen finner det ganska överraskande att ett fast ämne ska flyta på sin flytande form. Gör en snabb Google-sökning och du hittar dussintals sidor som diskuterar denna queer-tendens av is.

Som det visar sig, liksom allt annat, finns det en vetenskaplig anledning till detta fenomen. Men först av, låt oss vara tydliga om vad som gör saker sänka eller flyta.

Den singulära tumregeln, när det gäller ett objekts förmåga att flyta i vatten (eller någon annan vätska), gäller densiteten hos objektet i fråga. Har du någonsin hört talas om Archimedes princip?

Archimedes Princip säger att för ett föremål att flyta på vatten måste det förskjuta en lika mängd vatten. Med andra ord kan man säga att ödet för ett föremål i en vattenkälla bestäms av Archimedes princip.

Det är allmänt känt att fasta föremål har större densitet än sina flytande motsvarigheter. Kemiskt är det här också meningsfullt. Molekylerna är närmare bundna med varandra på ett väldefinierat sätt i ett fast ämne, vilket gör dem styva och ger dem större vikt. Alla vanliga ämnen som vi ser och observerar i vardagen följer denna grundläggande princip: fasta föremål är tätare och har större vikt än vätskor.

Med tanke på det, varför gör isen - vilken är en fast - flytande på vatten? Bör det inte sjunka, som en fast, och enligt den allmänna konventionen, också ha större densitet?

En liten vatteninfo

Ett diagram som visar hur tätheten varierar med förändringstemperaturen

Om du fortsätter att kyla vatten över 4 grader Celsius börjar densiteten att dunkla (du kan se detta i diagrammet). Vid noll grader, dvs den temperatur vid vilken vatten blir till is, är densiteten av vatten faktiskt ganska låg.

Det visar sig att is har en lägre densitet än vatten, och alla föremål som har en lägre densitet än den flytande form som den hålls på (i detta fall vatten) kommer att kunna flyta!

Men varför är isens densitet mindre än vatten?

En vattenmolekyl är gjord av två väteatomer och en syreatom

De negativt laddade syreatomen binder starkt med väteatomer, som bildar en stark vätebindning.

När en vätska kyls, kommer allt fler molekyler närmare varandra och behöver vara inrymda i ett mindre område. Detta ger de flesta fastämnen större densitet än deras flytande form. Men när det gäller vatten, stöter de negativt laddade syreatomen varandra (när de samlas i ett mindre utrymme) för att förhindra att isen blir något tätare. Detta beror på att densiteten faktiskt minskar när temperaturen fortsätter att falla under 4 grader Celsius.