Led in gostota vode

Ilustracije Grace Kim. ThoughtCo.

Zakaj led lebdi na vodi, namesto da se potopi kot večina trdnih snovi? Odgovor na to vprašanje je sestavljen iz dveh delov. Najprej si poglejmo, zakaj karkoli plava. Nato preučimo, zakaj led lebdi na vrhu tekoče vode, namesto da bi se potopil na dno.

Zakaj led plava

Snov plava, če je manj gosta ali ima manjšo maso na enoto prostornine kot druge sestavine v mešanici. Če na primer vržete pest kamenja v vedro vode, bo kamenje, gosto v primerjavi z vodo, bo potonil. Voda, ki je manj gosta od kamenja, bo plavala. V bistvu kamenje potisne vodo s poti ali jo izpodrine. Da lahko predmet lebdi, mora izpodriniti težo tekočine, ki je enaka njegovi lastni teži.

Voda doseže največjo gostoto pri 4 °C (40 °F). Ko se še bolj ohlaja in zamrzne v led, dejansko postane manj gosta. Po drugi strani pa je večina snovi najbolj gosta v trdnem (zamrznjenem) stanju kot v tekočem stanju. Voda je drugačna zaradi vodikova vez .

A molekula vode je narejen iz enega kisika atom in dva atoma vodika, močno povezana drug z drugim kovalentne vezi . Molekule vode se med seboj privlačijo tudi s šibkejšimi kemičnimi vezmi ( vodikove vezi ) med pozitivno nabitim vodikom atomi in negativno nabiti atomi kisika sosednjih molekul vode. Ko se voda ohladi pod 4 °C, se vodikove vezi prilagodijo tako, da držijo negativno nabite atome kisika narazen. To proizvaja kristalno mrežo, splošno znano kot led.

Led plava, ker je približno 9 % manj gost kot tekoča voda. Z drugimi besedami, led zavzame približno 9 % več prostora kot voda, zato liter ledu tehta manj kot liter vode. Težja voda izpodrine lažji led, tako da led lebdi na vrhu. Ena od posledic tega je, da jezera in reke zamrznejo od vrha do dna, kar ribam omogoča preživetje, tudi če je gladina jezera zamrznjena. Če bi se led pogreznil, bi se voda premaknila na vrh in bila izpostavljena nižji temperaturi, zaradi česar bi se reke in jezera napolnila z ledom in zmrznila.

Umivalniki ledu za težko vodo

Vendar pa ves vodni led ne plava na navadni vodi. Led, narejen iz težke vode, ki vsebuje vodikov izotop devterij, potopi v navadno vodo . Vodikova vez se še vedno pojavlja, vendar ni dovolj za izravnavo razlike v masi med običajno in težko vodo. Težka voda led potone v težki vodi.