Jää kelluu – siksi meressä on napajää ja jäävuoria ja miksi juomasi jää kelluu. Jos ajattelet sitä, se saattaa tuntua hieman oudolta, koska jää on kiinteää ja intuitiivisesti, sen pitäisi olla raskaampaa kuin neste ja pesuallas. Vaikka tämä pätee useimpiin aineisiin, vesi on poikkeus. Sen vetysidokset ja kiinteä olo tekevät siitä kevyemmän kuin nesteenä.

Jää on vähemmän tiheää

Vesi on hämmästyttävä aine, joka pohjimmiltaan ruokkii elämää maan päällä – jokainen elävä organismi tarvitsee sitä. Sillä on myös mielenkiintoisia ominaisuuksia, jotka mahdollistavat elämän olevan sellaista kuin se on. Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista on, että vesi on tihein 4 ° C: n lämpötilassa. Kuuma vesi ja jää ovat molemmat vähemmän tiheitä kuin viileä vesi. Vähemmän tiheät aineet kelluvat tiheämpien aineiden päällä. Esimerkiksi salaattikastikeöljyä kelluu etikan päällä, koska se on vähemmän tiheää. Sama pätee kaikkeen. Jos sinulla on räjäytetty rantapallo uima-altaassa, se kelluu, jos sinulla on kallio, se uppoaa.

Syy siihen, miksi jää on vähemmän tiheää kuin vesi, liittyy vetysidoksiin. Kuten tiedätte, vesi koostuu yhdestä happi- ja kahdesta vetyatomista. Ne kiinnittyvät kovalenttisilla sidoksilla, jotka ovat erittäin vahvoja. Eri vesimolekyylien välille muodostuu kuitenkin myös toinen sidos, jota kutsutaan vetysidokseksi, joka on heikompi. Nämä sidokset muodostuvat, koska positiivisesti varautuneet vetyatomit houkuttelevat lähellä olevien vesimolekyylien negatiivisesti varautuneita happiatomeja. Kun vesi on lämmin, molekyylit ovat hyvin aktiivisia, liikkuvat paljon ja muodostavat ja hajottavat sidoksia muiden vesimolekyylien kanssa nopeasti. Heillä on energiaa työntää lähemmäksi toisiaan ja liikkua nopeasti.

Kun vesi laskee alle 4 ° C, kineettinen energia pienenee, joten molekyylit eivät liiku niin paljon enää. Heillä ei ole energiaa liikkua, murtua ja muodostaa sidoksia niin helposti. Sen sijaan ne muodostavat enemmän vetysidoksia muiden vesimolekyylien kanssa muodostaakseen kuusikulmaiset ristikkorakenteet. Ne muodostavat nämä rakenteet pitääkseen negatiivisesti varautuneet happimolekyylit erillään. Kuusikulmioiden keskellä on paljon tyhjää tilaa.

Jää on itse asiassa noin 9% vähemmän tiheää kuin nestemäinen vesi. Siksi jää vie enemmän tilaa kuin vesi. Käytännössä tämä on järkevää, koska jää laajenee. Siksi sinun ei pitäisi jäädyttää lasipulloa vettä ja miksi jäädytetty vesi voi aiheuttaa suurempia halkeamia betoniin. Jos sinulla on litran pullo jäätä ja litran pullo vettä, jäävesipullo olisi kevyempi. Molekyylit ovat tässä vaiheessa kauempana toisistaan kuin veden ollessa lämpimämpi. Siksi jää on vähemmän tiheää kuin vesi ja kelluu.

Kun jää sulaa, vakaa kiderakenne romahtaa ja on yhtäkkiä tiheämpi. Kun vesi lämpenee yli 4 ° C, se saa energiaa ja molekyylit liikkuvat nopeammin ja kauempana toisistaan. Joten kuuma vesi vie myös enemmän tilaa kuin kylmempi vesi, ja se kelluu viileämmän veden päällä, koska se on vähemmän tiheää. Se on kuin kun menet järvelle uimaan ja pintakerros on mukava ja lämmin, mutta kun työnnät jalkasi alle, se on yhtäkkiä paljon kylmempi.

Tärkeää maapallollemme

Miksi tällä edes on merkitystä? Jään kelluvuudella on merkittäviä seurauksia elämälle maan päällä. Järvet jäätyvät huipulle talvella kylmissä paikoissa, mikä sallii kalojen ja muiden eläinten selviytymisen alapuolella. Jos pohja jäätyy, koko järvi voi jäätyä, eikä mikään selviä talven järvestä. Pohjoisen tai eteläisen valtameren jääpeitteet olisivat kaikki valtameren pohjassa estäen mitään siellä elämästä. Merenpohja olisi täynnä jäätä. Lisäksi napajää on tärkeä, koska se heijastaa valoa ja estää planeettamme lämpenemästä.