Miért úszik a jég a víz tetején, ahelyett, hogy elsüllyed, mint a legtöbb szilárd anyag? Két részre van a válasz erre a kérdésre. Először nézzük meg, hogy miért úszik valami. Ezután vizsgáljuk meg, miért úszik a jég a folyékony víz tetejére, ahelyett, hogy süllyednék az aljára.
Miért jég úszik?
Az anyag lebeg, ha kevésbé sűrű vagy kevesebb tömeg / térfogatszázalék, mint a keverék többi alkotóeleme. Például, ha egy maroknyi sziklát dobál egy vödör vízbe, akkor a sziklákat, amelyek vannak sűrű a vízhez képest elsüllyed. A víz, amely kevésbé sűrű, mint a sziklák, úszni fog. Alapvetően a sziklák kiszorítják a vizet az útból, vagy kiszorítják azt. Ahhoz, hogy egy tárgy lebeghessen, a folyadéknak a saját súlyával megegyező súlyát kell kiszorítania.
A víz maximális sűrűségét 4 ° C-on (40 ° F) éri el. Amint tovább lehűti és jéggé fagy, valójában kevésbé sűrű lesz. Másrészről, a legtöbb anyag szilárdabb (fagyasztott) állapotban a sűrűbb, mint folyékony állapotban. A víz miatt más hidrogénkötés.
A
víz molekula egy oxigénből készül atom és két hidrogénatom szorosan kapcsolódik egymással kovalens kötések. A vízmolekulákat a gyengébb kémiai kötések is vonzzák egymáshoz (hidrogénkötések) a pozitív töltésű hidrogén között atomok és a negatív töltésű oxigénatomok szomszédos vízmolekulák. A víz 4 ° C alá történő lehűlésekor a hidrogénkötések úgy állnak, hogy a negatív töltésű oxigénatomokat egymástól tartsák. Ez kristályrácsot képez, amelyet általában jégnek hívnak.A jég úszik, mert körülbelül 9% -kal kevésbé sűrű, mint a folyékony víz. Más szóval, a jég körülbelül 9% -kal több helyet foglal el, mint a víz, tehát egy liter jég súlya kevesebb, mint liter víz. A nehezebb víz kiszorítja a könnyebb jéget, tehát a jég a tetejére úszik. Ennek egyik következménye az, hogy a tavak és folyók fentről lefelé fagynak, lehetővé téve a halak számára a túlélést akkor is, ha egy tó felszíne befagyott. Ha a jég elsüllyed, a víz felfelé eltolódik, és hidegebb hőmérsékletnek van kitéve, és a folyókat és tapokat arra kényszeríti, hogy megteljenek jéggel és megfagyjanak a szilárd anyagok.
Nehézvizes jégborítók
Ugyanakkor nem minden vízjég található a normál vízen. Nehéz vízből készített jég, amely a hidrogén-izotóp deutériumot tartalmazza, normál vízben süllyed. A hidrogénkötés továbbra is fennáll, de ez nem elég a normál és a nehéz víz közötti tömegkülönbség kiegyenlítéséhez. A nehéz vízben a nehéz jég süllyed.