Ice floats – det er derfor, havet har polaris og isbjerge, og hvorfor isen i din drink flyder. Hvis du tænker over det, kan det virke lidt underligt, fordi is er solidt og intuitivt, det skal være tungere end en væske og synke. Selvom dette gælder for de fleste stoffer, er vand en undtagelse. Dens hydrogenbindinger og dens faste tilstand gør det faktisk lettere end det er som en væske.

Is er mindre tæt

Vand er et fantastisk stof, der grundlæggende brænder liv på jorden – enhver levende organisme har brug for det. Det har også nogle interessante egenskaber, der gør det muligt for livet at være som det er. En af de vigtigste egenskaber er, at vand er det tætteste ved 4 ° C (40 ° F). Varmt vand og is er begge mindre tætte end koldt vand. Mindre tætte stoffer flyder oven på mere tætte stoffer. For eksempel når du laver salatdressingolie oven på eddike, fordi den er mindre tæt. Det samme gælder for alt. Hvis du har en sprængt strandkugle i en pool, flyder den, hvis du har en klippe, synker den.

Årsagen til, at is er mindre tæt end vand har at gøre med hydrogenbindinger. Som du ved, består vand af et ilt og to brintatomer. De er bundet af kovalente bindinger, der er meget stærke. Imidlertid dannes en anden type binding også mellem forskellige vandmolekyler kaldet en hydrogenbinding, som er svagere. Disse bindinger dannes, fordi de positivt ladede hydrogenatomer tiltrækkes de negativt ladede iltatomer i nærliggende vandmolekyler. Når vandet er varmt, er molekylerne meget aktive, bevæger sig meget rundt og danner og bryder hurtigt bindinger med andre vandmolekyler. De har energi til at skubbe tættere på hinanden og bevæge sig hurtigt.

Da vand kommer under 4 ° C, falder den kinetiske energi, så molekylerne ikke bevæger sig så meget rundt længere. De har ikke energi til at bevæge sig og bryde og danne obligationer så let. I stedet danner de flere hydrogenbindinger med andre vandmolekyler for at danne sekskantede gitterstrukturer. De danner disse strukturer for at holde de negativt ladede iltmolekyler adskilt. Midt i sekskanterne er der meget tomt rum.

Is er faktisk ca. 9% mindre tæt end flydende vand. Derfor tager is mere plads end vand. Praktisk set giver dette mening, fordi is udvider sig. Derfor skal du ikke fryse en glasflaske vand, og hvorfor frossent vand kan skabe større revner i beton. Hvis du har en liter flaske is og en liter flaske vand, ville isflasken være lettere. Molekylerne er længere væk fra hinanden på dette tidspunkt end når vandet er varmere. Derfor er is mindre tæt på vand og flyder.

Når isen smelter, den stabile krystalstruktur kollapser og er pludselig tættere. Når vandet varmer op over 4 ° C, vinder det energi, og molekylerne bevæger sig hurtigere og længere fra hinanden. Så varmt vand optager også mere plads end koldere vand, og det flyder oven på det køligere vand, fordi det er mindre tæt. Det er som når du går til en sø for at svømme, og det øverste lag er dejligt og varmt, men når du holder benene under, er det pludselig meget koldere.

Vigtigt for vores jord

Så hvorfor betyder det endda noget? Isens opdrift har vigtige konsekvenser for livet på jorden. Søer fryser på toppen om vinteren på kolde steder, hvilket gør det muligt for fisk og andre dyr at overleve nedenfor. Hvis bunden frøs, kunne hele søen være frossen, og næsten intet kunne overleve vinteren i søen. Hvis isen sank i de nordlige eller sydlige oceaner, ville iskapperne alle være i bunden af havet og forhindre noget i at bo der. Havbunden ville være fuld af is. Derudover er polaris vigtig, fordi den reflekterer lys og holder vores planet i at blive for varm.