Is og tettheten av vann

Hvorfor flyter is på toppen av vannet, i stedet for å synke som de fleste faste stoffer? Det er to deler til svaret på dette spørsmålet. La oss først se på hvorfor noe flyter. La oss undersøke hvorfor is flyter på toppen av flytende vann, i stedet for å synke til bunnen.

Et stoff flyter hvis det er mindre tett, eller har mindre masse per volumenhet, enn andre komponenter i en blanding. For eksempel, hvis du kaster en håndfull steiner i en bøtte med vann, så er steinene 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 sin egen vekt.

Vann når sin maksimale tetthet ved 4 ° C. Når den avkjøles videre og fryser til is, blir den faktisk mindre tett. På den annen side er de fleste stoffer mest tette i deres faste (frosne) tilstand enn i flytende tilstand. Vann er annerledes pga hydrogenbinding.

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

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

Imidlertid flyter ikke all vannis på vanlig vann. Is laget med tungt vann, som inneholder hydrogenisotop-deuterium, synker i vanlig vann. Hydrogenbinding forekommer fortsatt, men det er ikke nok til å oppveie masseforskjellen mellom normalt og tungt vann. Tungt vann is synker i tungt vann.