IJs en de dichtheid van water

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

Waarom ijs drijft

Een stof drijft als deze minder dicht is of minder massa per volume-eenheid heeft dan andere componenten in een mengsel. Als u bijvoorbeeld een handvol rotsen in een emmer water gooit, zullen de rotsen, die dicht zijn in vergelijking met het water, zinken. Het water, dat minder dicht is dan de rotsen, zal drijven. Kortom, de rotsen duwen het water uit de weg of verplaatsen het. Opdat een object zou kunnen 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 bevriest, wordt het eigenlijk minder dicht. Aan de andere kant zijn de meeste stoffen het dichtst in hun vaste (bevroren) toestand dan in hun vloeibare toestand. Water is anders vanwege waterstofbruggen.

Een watermolecuul is gemaakt van één zuurstofatoom en twee waterstofatomen die sterk met elkaar zijn verbonden met covalente bindingen. Watermoleculen worden ook tot elkaar aangetrokken door zwakkere chemische bindingen (waterstofbindingen) tussen de positief geladen waterstofatomen en de negatief geladen zuurstofatomen van aangrenzende watermoleculen. Terwijl het water onder 4 ° C afkoelt, passen de waterstofbruggen zich aan om de negatief geladen zuurstofatomen uit elkaar te houden. Dit produceert een kristalrooster, dat gewoonlijk ijs wordt genoemd.

IJs drijft omdat het ongeveer 9% minder dicht is dan vloeibaar water. Met andere woorden, ijs neemt ongeveer 9% meer ruimte in beslag dan water, dus een liter ijs weegt minder dan liter water. Het zwaardere water verplaatst 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 zonk, zou het water naar de top worden verplaatst en worden blootgesteld aan de koudere temperatuur, waardoor rivieren en meren moesten worden gevuld met ijs en vast moesten vriezen.

IJswastafels voor zwaar water

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