Gheața și densitatea apei

De ce plutește gheața deasupra apei, mai degrabă decât să se scufunde ca majoritatea solidelor? Răspunsul la această întrebare are două părți. În primul rând, să aruncăm o privire la de ce plutește orice. Apoi, să examinăm de ce gheața plutește deasupra apei lichide, în loc să se scufunde până la fund.

O substanță plutește dacă este mai puțin densă sau are o masă mai mică pe unitatea de volum, decât alte componente dintr-un amestec. De exemplu, dacă arunci o mână de roci într-o găleată de apă, rocile, care sunt dens în comparație cu apa, se va scufunda. Apa, care este mai puțin densă decât rocile, va pluti. Practic, rocile împing apa din cale sau o mută. Pentru ca un obiect să poată pluti, trebuie să înlocuiască o greutate de fluid egală cu greutatea proprie.

Apa atinge densitatea maximă la 4 ° C (40 ° F). Pe măsură ce se răcește mai departe și se îngheață în gheață, acesta devine de fapt mai puțin dens. Pe de altă parte, majoritatea substanțelor sunt cele mai dense în starea lor solidă (înghețată) decât în ​​starea lor lichidă. Apa este diferită din cauza

A molecula de apa este fabricat dintr-un singur oxigen atom si doi atomi de hidrogen s-au unit puternic unul cu celalalt cu legaturi covalente. Moleculele de apă sunt, de asemenea, atrase între ele de legăturile chimice mai slabe (legături de hidrogen) între hidrogenul încărcat pozitiv atomi iar incarcat negativ atomii de oxigen a moleculelor de apă vecine. Pe măsură ce apa se răcește la sub 4 ° C, legăturile de hidrogen se reglează pentru a ține atomi de oxigen încărcați negativ. Aceasta produce o rețea de cristal cunoscută în mod obișnuit sub numele de gheață.

Gheața plutește deoarece este cu aproximativ 9% mai puțin densă decât apa lichidă. Cu alte cuvinte, gheața ocupă cu aproximativ 9% mai mult spațiu decât apa, deci un litru de gheață cântărește mai puțin de litru de apă. Apa mai grea deplasează gheața mai ușoară, astfel încât gheața plutește în vârf. O consecință a acestui fapt este că lacurile și râurile îngheață de sus în jos, permițând peștilor să supraviețuiască chiar și atunci când suprafața unui lac s-a înghețat. Dacă gheața s-ar scufunda, apa ar fi deplasată spre vârf și expusă la temperaturi mai reci, forțând râurile și lacurile să se umple cu gheață și să înghețe solidul.

Cu toate acestea, nu toată gheața cu apă plutește pe apa obișnuită. Gheață făcută cu apă grea, care conține izotop de hidrogen deuteriu, se scufundă în apă obișnuită. Legătura de hidrogen are loc, dar nu este suficient pentru a compensa diferența de masă dintre apa normală și cea grea. Gheața cu apă grea se scufundă în apă grea.