IJs en de dichtheid van water

Waarom drijft ijs op het water in plaats van te zinken zoals bij de meeste vaste stoffen? Het antwoord op deze vraag bestaat uit twee delen. Laten we eerst eens kijken waarom iets drijft. Laten we dan eens kijken waarom ijs op vloeibaar water drijft in plaats van naar de bodem te zinken.

Een stof drijft als deze minder dicht is of minder massa per volume-eenheid heeft dan andere componenten in een mengsel. Als je bijvoorbeeld een handvol stenen in een emmer water gooit, dan zijn dat de rotsen dicht vergeleken met het water, zal zinken. Het water, dat minder dicht is dan de rotsen, blijft drijven. Kortom, de rotsen duwen het water uit de weg of verplaatsen het. Om een ​​object te laten drijven, moet het een gewicht aan vloeistof verplaatsen dat gelijk is aan zijn eigen gewicht.

Water bereikt zijn maximale dichtheid bij 4 ° C (40 ° F). Naarmate het verder afkoelt en in ijs vriest, wordt het eigenlijk minder dicht. Aan de andere kant zijn de meeste stoffen in vaste (bevroren) toestand het dichtst dan in vloeibare toestand. Water is anders vanwege waterstofbruggen.

EEN water molecuul is gemaakt van één zuurstof atoom en twee waterstofatomen sterk met elkaar verbonden covalente obligaties. Watermoleculen worden ook tot elkaar aangetrokken door zwakkere chemische bindingen (waterstofbruggen) tussen de positief geladen waterstof atomen en de negatief geladen zuurstofatomen van naburige watermoleculen. Terwijl het water afkoelt tot onder de 4 ° C, passen de waterstofbruggen zich aan om de negatief geladen zuurstofatomen uit elkaar te houden. Dit produceert een kristalrooster dat algemeen bekend staat als ijs.

IJs drijft omdat het ongeveer 9% minder dicht is dan vloeibaar water. Met andere woorden, ijs neemt ongeveer 9% meer ruimte in dan water, dus een liter ijs weegt minder dan liter water. Het zwaardere water verdringt het lichtere ijs, dus ijs drijft naar de top. Een gevolg hiervan is dat meren en rivieren van boven naar beneden bevriezen, waardoor vissen kunnen overleven, zelfs wanneer het oppervlak van een meer is bevroren. Als het ijs zou zinken, zou het water naar de top worden verplaatst en worden blootgesteld aan koudere temperaturen, waardoor rivieren en meren gedwongen worden zich met ijs te vullen en vast te vriezen.

Maar niet al het waterijs drijft op gewoon water. IJs gemaakt met zwaar water, dat het waterstofisotoop deuterium bevat, zinkt in gewoon water. Waterstofbinding treedt nog steeds op, maar het is niet voldoende om het massaverschil tussen normaal en zwaar water te compenseren. Zwaar waterijs zinkt in zwaar water.