Ledas ir vandens tankis

Grace Kim iliustracija. ThoughtCo.

Kodėl ledas plūduriuoja ant vandens, o ne skęsta kaip dauguma kietų medžiagų? Atsakymą į šį klausimą sudaro dvi dalys. Pirmiausia pažiūrėkime, kodėl kažkas plūduriuoja. Tada panagrinėkime, kodėl ledas plūduriuoja ant skysto vandens, o ne grimzta į dugną.

Kodėl plūduriuoja ledas

Medžiaga plūduriuoja, jei ji yra mažiau tanki arba turi mažesnę tūrio vieneto masę nei kiti mišinio komponentai. Pavyzdžiui, jei įmesite saują akmenų į kibirą vandens, akmenys, kurie yra tankus palyginti su vandeniu, nuskęs. Vanduo, kuris yra mažiau tankus nei uolos, plūduriuos. Iš esmės uolos išstumia vandenį iš kelio arba išstumia jį. Kad objektas galėtų plūduriuoti, jis turi išstumti skysčio svorį, lygų jo paties svoriui.

Vanduo pasiekia didžiausią tankį esant 4°C (40°F). Kai jis toliau vėsinamas ir sušąla į ledą, jis iš tikrųjų tampa mažiau tankus. Kita vertus, dauguma medžiagų yra tankiausios kietoje (užšaldytoje) būsenoje nei skystoje. Vanduo skiriasi dėl to vandenilinis ryšys .

A vandens molekulė yra pagamintas iš vieno deguonies atomas ir du vandenilio atomai, stipriai sujungti vienas su kitu kovalentiniai ryšiai . Vandens molekules viena prie kitos traukia ir silpnesni cheminiai ryšiai ( vandeniliniai ryšiai ) tarp teigiamai įkrauto vandenilio atomai ir neigiamai įkrautas deguonies atomai kaimyninių vandens molekulių. Vandeniui atvėstant iki žemesnės nei 4 °C, vandenilio ryšiai prisitaiko, kad neigiamai įkrautus deguonies atomus išlaikytų atskirai. Taip susidaro kristalinė gardelė, paprastai žinoma kaip ledas.

Ledas plūduriuoja, nes yra maždaug 9% mažesnis nei skystas vanduo. Kitaip tariant, ledas užima apie 9% daugiau vietos nei vanduo, todėl litras ledo sveria mažiau nei litras vandens. Sunkesnis vanduo išstumia lengvesnį ledą, todėl ledas plaukia į viršų. Viena iš to pasekmių yra ta, kad ežerai ir upės užšąla nuo viršaus iki apačios, todėl žuvys gali išgyventi net ir užšalus ežero paviršiui. Jei ledas nuskęstų, vanduo pasislinktų į viršų ir paveiktų žemesnę temperatūrą, todėl upės ir ežerai prisipildytų ledu ir užšaltų kietai.

Sunkiojo vandens ledo kriauklės

Tačiau ne visi vandens ledai plūduriuoja ant įprasto vandens. Ledas, pagamintas naudojant sunkųjį vandenį, kuriame yra vandenilio izotopas deuterio, skęsta įprastame vandenyje . Vandenilinis ryšys vis dar vyksta, tačiau to nepakanka, kad kompensuotų įprasto ir sunkaus vandens masės skirtumą. Sunkaus vandens ledas skęsta sunkiame vandenyje.