Ghiaccio e la densità dell'acqua

Perché il ghiaccio galleggia sopra l'acqua, invece di affondare come la maggior parte dei solidi? Ci sono due parti per la risposta a questa domanda. Innanzitutto, diamo un'occhiata al perché qualcosa galleggia. Quindi, esaminiamo perché il ghiaccio galleggia sopra l'acqua liquida, invece di affondare sul fondo.

Una sostanza galleggia se è meno densa o ha meno massa per unità di volume rispetto ad altri componenti di una miscela. Ad esempio, se lanci una manciata di rocce in un secchio d'acqua, le rocce, che sono denso rispetto all'acqua, affonderà. L'acqua, che è meno densa delle rocce, galleggerà. Fondamentalmente, le rocce spingono via l'acqua o la spostano. Perché un oggetto sia in grado di fluttuare, deve spostare un peso di fluido pari al suo stesso peso.

L'acqua raggiunge la sua massima densità a 4 ° C (40 ° F). Man mano che si raffredda e si congela nel ghiaccio, diventa in realtà meno denso. D'altra parte, la maggior parte delle sostanze sono più dense allo stato solido (congelato) che allo stato liquido. L'acqua è diversa a causa di

UN molecola d'acqua è fatto da un ossigeno atomo e due atomi di idrogeno fortemente uniti tra loro con legami covalenti. Le molecole d'acqua sono inoltre attratte l'una dall'altra da legami chimici più deboli (legami di idrogeno) tra l'idrogeno caricato positivamente atomi e il carico negativamente atomi di ossigeno di molecole d'acqua vicine. Man mano che l'acqua si raffredda al di sotto di 4 ° C, i legami idrogeno si regolano per tenere separati gli atomi di ossigeno caricati negativamente. Questo produce un reticolo cristallino comunemente noto come ghiaccio.

Il ghiaccio galleggia perché è circa il 9% meno denso dell'acqua liquida. In altre parole, il ghiaccio occupa circa il 9% in più di spazio rispetto all'acqua, quindi un litro di ghiaccio pesa meno di un litro d'acqua. L'acqua più pesante sposta il ghiaccio più leggero, quindi il ghiaccio galleggia verso l'alto. Una conseguenza di ciò è che laghi e fiumi si congelano dall'alto verso il basso, permettendo ai pesci di sopravvivere anche quando la superficie di un lago si è congelata. Se il ghiaccio affondasse, l'acqua sarebbe spostata verso l'alto ed esposta a temperature più fredde, costringendo fiumi e laghi a riempirsi di ghiaccio e congelare il solido.

Tuttavia, non tutto il ghiaccio d'acqua galleggia sull'acqua normale. Ghiaccio prodotto con acqua pesante, che contiene l'idrogeno isotopo deuterio, affonda in acqua normale. Il legame all'idrogeno si verifica ancora, ma non è sufficiente per compensare la differenza di massa tra acqua normale e pesante. Il ghiaccio d'acqua pesante affonda in acqua pesante.