Polare isblokker og isfjell driver i havet, og selv i drinker synker aldri isen til bunnen. Det kan konkluderes med at is ikke synker i vann. Hvorfor? Hvis du tenker deg om, kan dette spørsmålet virke litt rart, fordi is er fast og – intuitivt – burde være tyngre enn flytende. Selv om denne uttalelsen gjelder for de fleste stoffer, er vann unntaket fra regelen. Vann og is kjennetegnes ved hydrogenbindinger, som gjør isen lettere i fast tilstand enn når den er i flytende tilstand.
Vitenskapelig spørsmål: hvorfor synker ikke is i vann
La oss tenke oss at vi er i en leksjon som heter «Verden rundt» i 3. klasse. «Hvorfor synker ikke is i vann?» spør læreren barna. Og barna, som ikke har dyp kunnskap i fysikk, begynner å resonnere. "Kanskje det er magi?" sier et av barna.
Is er faktisk ekstremt uvanlig. Det er praktisk t alt ingen andre naturlige stoffer som i fast tilstand kan flyte på overflaten av en væske. Dette er en av egenskapene som gjør vann til et så uvanlig stoff, og ærlig t alt er det det som endrer banen til planetarisk evolusjon.
Det er noen planeter som inneholder enorme mengder flytende hydrokarboner som ammoniakk - men når det er frosset, synker dette materialet til bunnen. Grunnen til at is ikke synker i vann er at når vannet fryser, utvider det seg, og med det reduseres tettheten. Interessant nok kan utvidelse av is bryte steiner - prosessen med isdannelse av vann er så uvanlig.
Vitenskapelig sett setter fryseprosessen opp raske forvitringssykluser og visse kjemikalier som frigjøres på overflaten kan løse opp mineraler. Generelt er det prosesser og muligheter knyttet til frysing av vann som de fysiske egenskapene til andre væsker ikke innebærer.
Tetthet av is og vann
Så svaret på hvorfor isen ikke synker i vann, men flyter på overflaten, er at den har lavere tetthet enn væske - men det er et førstenivåsvar. For bedre å forstå, må du vite hvorfor is har lav tetthet, hvorfor ting flyter i utgangspunktet, hvordan tetthet fører til flyting.
Husk det greske geniet Arkimedes, som fant ut at etter å ha senket en bestemt gjenstand i vann, øker vannvolumet med et tall som er lik volumet til den nedsenkede gjenstanden. Med andre ord, hvis du plasserer en dyp tallerken på overflaten av vannet og deretter plasserer en tung gjenstand i den, vil volumet av vann som skal helles i fatet være nøyaktig lik volumet til gjenstanden. Det spiller ingen rolle om objektet er helt nedsenket ellerdelvis.
Properties of water
Vann er et fantastisk stoff som i bunn og grunn gir næring til livet på jorden, fordi alle levende organismer trenger det. En av de viktigste egenskapene til vann er at det har høyest tetthet ved 4°C. Derfor er varmt vann eller is mindre tett enn kaldt vann. Mindre tette stoffer flyter oppå tettere stoffer.
Når du for eksempel tilbereder en salat, vil du legge merke til at oljen ligger på overflaten av eddiken – dette kan forklares med at den har lavere tetthet. Den samme loven er også gyldig for å forklare hvorfor is ikke synker i vann, men synker i bensin og parafin. Det er bare det at disse to stoffene har lavere tetthet enn is. Så hvis du kaster en oppblåsbar ball i bassenget, vil den flyte på overflaten, men hvis du kaster en stein i vannet, vil den synke til bunnen.
Hvilke endringer skjer med vann når det fryser
Årsaken til at is ikke synker i vann er på grunn av hydrogenbindingene som endres når vannet fryser. Vann består som kjent av ett oksygenatom og to hydrogenatomer. De er festet med kovalente bindinger som er utrolig sterke. Den andre typen binding som dannes mellom forskjellige molekyler, k alt en hydrogenbinding, er imidlertid svakere. Disse bindingene dannes fordi de positivt ladede hydrogenatomene tiltrekkes av de negativt ladede oksygenatomene til nabovannmolekylene.
Når vannet er varmt, er molekylene veldig aktive,beveger seg mye, danner og bryter raskt ned bindinger med andre vannmolekyler. De har energi til å nærme seg hverandre og bevege seg raskt. Så hvorfor synker ikke is i vann? Kjemi skjuler svaret.
Fysisk kjemi av is
Når vanntemperaturen faller under 4 °C, avtar væskens kinetiske energi, slik at molekylene ikke lenger beveger seg. De har ikke energi til å bevege seg og er like lette som ved høy temperatur å bryte og danne bindinger. I stedet danner de flere hydrogenbindinger med andre vannmolekyler for å danne sekskantede gitterstrukturer.
De danner disse strukturene for å holde negativt ladede oksygenmolekyler fra hverandre. Midt i sekskantene som dannes som følge av aktiviteten til molekyler er det mye tomhet.
Isen synker i vann - grunner
Is er faktisk 9 % mindre tett enn flytende vann. Derfor tar is mer plass enn vann. I praksis gir dette mening fordi isen utvider seg. Dette er grunnen til at det ikke anbefales å fryse en glassflaske med vann - frossent vann kan skape store sprekker selv i betong. Hvis du har en liters flaske is og en liters flaske med vann, vil en isvannflaske være lettere. Molekylene er lenger fra hverandre på dette tidspunktet enn når stoffet er i flytende tilstand. Det er derfor isen ikke synker i vann.
Når isen smelterden stabile krystallstrukturen brytes ned og blir tettere. Når vannet varmes opp til 4°C, får det energi og molekylene beveger seg raskere og lenger. Dette er grunnen til at varmt vann tar mer plass enn kaldt vann og flyter på toppen av kaldt vann – det har mindre tetthet. Husk at når du er på sjøen, mens du svømmer, er det øverste laget med vann alltid godt og varmt, men når du setter føttene ned, kjenner du kulden i det nederste laget.
Betydningen av prosessen med å fryse vann for planetens funksjon
Til tross for at spørsmålet "Hvorfor synker ikke is i vann?" for klasse 3 er det veldig viktig å forstå hvorfor denne prosessen skjer og hva den betyr for planeten. Derfor har isens oppdrift viktige implikasjoner for livet på jorden. Innsjøer fryser om vinteren på kalde steder - dette gjør at fisk og andre vannlevende dyr kan overleve under innlandsisen. Hvis bunnen var frosset, er det stor sannsynlighet for at hele innsjøen kan være frosset.
Under slike forhold ville ikke en eneste organisme ha overlevd.
Hvis tettheten av is var høyere enn tettheten til vann, ville havene synke i is, og iskappene som da ville være på bunnen ville ikke tillate noen å bo der. Havets bunn ville være full av is - og hva skulle det hele bli til? Polaris er blant annet viktig fordi den reflekterer lys og forhindrer at planeten Jorden blir for varm.
