Is og vanntettheten

Illustrasjon av Grace Kim. ThoughtCo.

Hvorfor flyter isen på toppen av vannet i stedet for å synke som de fleste faste stoffer? Det er to deler av svaret på dette spørsmålet. Først, la oss ta en titt på hvorfor noe flyter. La oss så undersøke hvorfor isen flyter på toppen av flytende vann, i stedet for å synke til bunnen.

Hvorfor Ice Floats

Et stoff flyter hvis det er mindre tett, eller har mindre masse per volumenhet, enn andre komponenter i en blanding. Hvis du for eksempel kaster en håndfull steiner i en bøtte med vann, vil steinene, som er tett sammenlignet med vannet, vil synke. Vannet, som er mindre tett enn steinene, vil flyte. I utgangspunktet skyver steinene vannet ut av veien eller fortrenger det. For at en gjenstand skal kunne flyte, må den fortrenge en væskevekt lik dens egen vekt.

Vann når sin maksimale tetthet ved 4°C (40°F). Ettersom den avkjøles ytterligere og fryser til is, blir den faktisk mindre tett. På den annen side er de fleste stoffene tettest i fast (frosset) tilstand enn i flytende tilstand. Vann er annerledes pga hydrogenbinding .

EN vannmolekyl er laget av ett oksygen atom og to hydrogenatomer sterkt forbundet med hverandre med kovalente bindinger . Vannmolekyler blir også tiltrukket av hverandre av svakere kjemiske bindinger ( hydrogenbindinger ) mellom det positivt ladede hydrogenet atomer og de negativt ladede oksygenatomer av nærliggende vannmolekyler. Når vannet avkjøles til under 4°C, justerer hydrogenbindingene seg for å holde de negativt ladede oksygenatomene fra hverandre. Dette produserer et krystallgitter vanligvis kjent som is.

Is flyter fordi den er omtrent 9 % mindre tett enn flytende vann. Med andre ord tar is opp omtrent 9 % mer plass enn vann, så en liter is veier mindre enn liter vann. Det tyngre vannet fortrenger den lettere isen, så isen flyter til toppen. En konsekvens av dette er at innsjøer og elver fryser fra topp til bunn, slik at fisken kan overleve selv når overflaten av en innsjø har frosset til. Hvis isen sank, ville vannet bli fortrengt til toppen og utsatt for kaldere temperaturer, noe som tvinge elver og innsjøer til å fylles med is og fryse fast.

Tungt vann isvasker

Det er imidlertid ikke all vannis som flyter på vanlig vann. Is laget av tungt vann, som inneholder hydrogenisotopen deuterium, synker i vanlig vann . Hydrogenbinding forekommer fortsatt, men det er ikke nok til å oppveie masseforskjellen mellom normalt og tungt vann. Tungt vannis synker i tungt vann.