Zinkt of drijft zwaar water ijs?

Terwijl regelmatig ijs in water drijft, zinken ijsblokjes voor zwaar water in gewoon water. Van ijs gemaakt van zwaar water wordt echter verwacht dat het in een glas zwaar water drijft.

Zwaar water is water gemaakt met behulp van de waterstofisotoop deuterium in plaats van de gebruikelijke isotoop (protium). Deuterium heeft een proton en een neutron, terwijl protium alleen het proton in zijn atoomkern heeft. Dit maakt deuterium twee keer zo massief als protium.

Verschillende factoren beïnvloeden het gedrag van zwaar waterijs

Deuterium vormt sterkere waterstofbindingen dan protium, dus wordt verwacht dat de verbindingen tussen waterstof en zuurstof in zware watermoleculen invloed hebben op het water-zware watermoleculenpakket wanneer de stof verandert van een vloeistof in een vaste stof.

1. Hoewel deuterium massiever is dan protium, is de grootte van elk atoom hetzelfde, omdat het de elektronenschil is die de atoomgrootte bepaalt, niet de grootte van de kern van een atoom.
2. Elk watermolecuul bestaat uit een zuurstof gebonden aan twee waterstofatomen, dus er is geen enorm massaverschil tussen een zwaar watermolecuul en een regulier watermolecuul omdat het grootste deel van de massa afkomstig is van het zuurstofatoom. Gemeten is zwaar water ongeveer 11% dichter dan gewoon water.

Hoewel wetenschappers een voorspelling konden doen of zwaar waterijs zou drijven of zinken, moest het experimenteren om te zien wat er zou gebeuren. Het blijkt dat zwaar waterijs zinkt in gewoon water. De waarschijnlijke verklaring is dat elke zware watermolecule iets massiever is dan een gewone watermolecule en zware watermoleculen dichter bij elkaar kunnen zitten dan gewone watermoleculen wanneer ze ijs vormen.