Eis und die Dichte des Wassers

Warum schwimmt Eis auf dem Wasser, anstatt wie die meisten Feststoffe zu sinken? Die Antwort auf diese Frage besteht aus zwei Teilen. Schauen wir uns zunächst an, warum etwas schwimmt. Lassen Sie uns dann untersuchen, warum Eis auf flüssigem Wasser schwimmt, anstatt auf den Boden zu sinken.

Eine Substanz schwimmt, wenn sie weniger dicht ist oder weniger Masse pro Volumeneinheit aufweist als andere Komponenten in einer Mischung. Zum Beispiel, wenn Sie eine Handvoll Steine ​​in einen Eimer Wasser werfen, die Steine, die sind dicht im Vergleich zum Wasser wird sinken. Das Wasser, das weniger dicht als die Felsen ist, schwimmt. Grundsätzlich schieben die Felsen das Wasser aus dem Weg oder verdrängen es. Damit ein Objekt schweben kann, muss es ein Flüssigkeitsgewicht verdrängen, das seinem eigenen Gewicht entspricht.

Wasser erreicht seine maximale Dichte bei 4 ° C (40 ° F). Wenn es weiter abkühlt und zu Eis gefriert, wird es tatsächlich weniger dicht. Andererseits sind die meisten Substanzen in ihrem festen (gefrorenen) Zustand am dichtesten als in ihrem flüssigen Zustand. Wasser ist anders wegen

EIN Wassermolekül wird aus einem Sauerstoff hergestellt Atom und zwei Wasserstoffatome, die stark miteinander verbunden sind kovalente Bindungen. Wassermoleküle werden auch durch schwächere chemische Bindungen voneinander angezogen (Wasserstoffbrücken) zwischen dem positiv geladenen Wasserstoff Atome und die negativ geladenen Sauerstoffatome benachbarter Wassermoleküle. Wenn das Wasser auf unter 4 ° C abkühlt, passen sich die Wasserstoffbrückenbindungen an, um die negativ geladenen Sauerstoffatome auseinander zu halten. Dies erzeugt ein Kristallgitter, das allgemein als Eis bekannt ist.

Eis schwimmt, weil es etwa 9% weniger dicht ist als flüssiges Wasser. Mit anderen Worten, Eis nimmt etwa 9% mehr Platz ein als Wasser, sodass ein Liter Eis weniger wiegt als Liter Wasser. Das schwerere Wasser verdrängt das leichtere Eis, sodass das Eis nach oben schwimmt. Eine Folge davon ist, dass Seen und Flüsse von oben nach unten gefrieren und die Fische überleben können, selbst wenn die Oberfläche eines Sees zugefroren ist. Wenn das Eis sank, wurde das Wasser nach oben verdrängt und kälteren Temperaturen ausgesetzt, wodurch Flüsse und Seen gezwungen wurden, sich mit Eis zu füllen und Feststoffe einzufrieren.

Es schwimmt jedoch nicht alles Wassereis auf normalem Wasser. Eis aus schwerem Wasser, das das Wasserstoffisotop Deuterium enthält, sinkt in normalem Wasser. Es tritt immer noch eine Wasserstoffbindung auf, die jedoch nicht ausreicht, um den Massenunterschied zwischen normalem und schwerem Wasser auszugleichen. Schweres Wassereis sinkt in schwerem Wasser.