Kāpēc ledus peld virs ūdens, nevis grimst tāpat kā lielākā daļa cietvielu? Atbildei uz šo jautājumu ir divas daļas. Vispirms apskatīsim, kāpēc kaut kas peld. Tad pārbaudīsim, kāpēc ledus peld virs šķidra ūdens, tā vietā, lai nogrimtu apakšā.
Kāpēc ledus peld?
Viela peld, ja tā ir mazāk blīva vai tai ir mazāka masa uz tilpuma vienību nekā citas sastāvdaļas maisījumā. Piemēram, ja ūdens spainī iemet nedaudz sauju akmeņu, tie ir blīvs salīdzinot ar ūdeni, nogrims. Ūdens, kas ir mazāk blīvs nekā klintis, peldēs. Būtībā akmeņi izspiež ūdeni no ceļa vai izspiež to. Lai objekts varētu peldēt, tam ir jāizspiež šķidruma svars, kas vienāds ar tā paša svaru.
Ūdens sasniedz maksimālo blīvumu 4 ° C (40 ° F). Tālāk atdziestot un sasalstot ledū, tas faktiski kļūst mazāk blīvs. No otras puses, vairums vielu ir blīvākā cietā (sasaldētā) stāvoklī nekā šķidrā stāvoklī. Ūdens ir atšķirīgs, jo ūdeņraža savienošana.
A ūdens molekula ir izgatavots no viena skābekļa atoms un divi ūdeņraža atomi ir cieši saistīti viens ar otru ar
kovalentās saites. Ūdens molekulas viena otrai piesaista arī vājākas ķīmiskās saites (ūdeņraža saites) starp pozitīvi lādētu ūdeņradi atomi un negatīvi lādēts skābekļa atomi kaimiņu ūdens molekulām. Ūdenim atdziestot zem 4 ° C, ūdeņraža saites pielāgojas negatīvi lādētu skābekļa atomu atraušanai. Tādējādi veidojas kristāla režģis, ko parasti sauc par ledu.Ledus peld, jo tas ir par aptuveni 9% mazāk blīvs nekā šķidrais ūdens. Citiem vārdiem sakot, ledus aizņem apmēram par 9% vairāk vietas nekā ūdens, tāpēc litrs ledus sver mazāk nekā litru ūdens. Smagāks ūdens izspiež vieglāku ledu, tāpēc ledus peld uz augšu. Tam ir sekas: ezeri un upes sasalst no augšas uz leju, ļaujot zivīm izdzīvot pat tad, kad ezera virsma ir sasalusi. Ja ledus nogrimtu, ūdens tiktu pārvietots uz augšu un pakļauts aukstākai temperatūrai, liekot upēm un ezeriem piepildīties ar ledu un sasaldēt cietu.
Smagas ūdens ledus izlietnes
Tomēr ne visi ūdens ledus peld pa parasto ūdeni. Ledus, kas izgatavots no smagā ūdens un kas satur ūdeņraža izotopu deitēriju, nogrimst regulārā ūdenī. Joprojām notiek ūdeņraža saistīšana, taču ar to nepietiek, lai kompensētu masas atšķirību starp parasto un smago ūdeni. Smagā ūdenī nogrimst smags ūdens.