IJs drijft – dat is waarom de oceaan poolijs en ijsbergen heeft, en waarom het ijs in je drankje drijft. Als je erover nadenkt, lijkt het misschien een beetje vreemd, want ijs is een vaste stof en intuïtief zou het zwaarder moeten zijn dan een vloeistof en zinken. Hoewel dit voor de meeste stoffen geldt, is water een uitzondering. Zijn waterstofbruggen en zijn vaste toestand maken het eigenlijk lichter dan het is als een vloeistof.

IJs is minder dicht

Water is een verbazingwekkende substantie die in feite voedt het leven op aarde – elk levend organisme heeft het nodig. Het heeft ook enkele interessante eigenschappen die het leven mogelijk maken zoals het is. Een van de belangrijkste eigenschappen is dat water het dichtst is bij 4 ° C (40 ° F). Heet water en ijs zijn beide minder dicht dan koud water. Minder dichte stoffen drijven bovenop meer dichte stoffen. Als je sladressing maakt, drijft olie bijvoorbeeld op azijn omdat het minder dicht is. Hetzelfde geldt voor alles. Als je een opgeblazen strandbal in een zwembad hebt, drijft hij, als je een rots hebt, zinkt hij.

De reden waarom ijs minder dicht is dan water heeft te maken met waterstofbruggen. Zoals u weet, bestaat water uit één zuurstof- en twee waterstofatomen. Ze zijn verbonden door covalente banden die erg sterk zijn. Er vormt zich echter ook een ander type binding tussen verschillende watermoleculen, een waterstofbinding genaamd, die zwakker is. Deze bindingen ontstaan doordat de positief geladen waterstofatomen worden aangetrokken door de negatief geladen zuurstofatomen van nabijgelegen watermoleculen. Als water warm is, zijn de moleculen erg actief, bewegen ze veel en vormen en verbreken ze snel bindingen met andere watermoleculen. Ze hebben de energie om dichter naar elkaar toe te duwen en snel te bewegen.

Naarmate het water onder de 4 ° C komt, neemt de kinetische energie af, zodat de moleculen minder bewegen meer. Ze hebben niet de energie om te bewegen en te breken en zo gemakkelijk banden te vormen. In plaats daarvan vormen ze meer waterstofbruggen met andere watermoleculen om hexagonale roosterstructuren te vormen. Ze vormen deze structuren om de negatief geladen zuurstofmoleculen uit elkaar te houden. In het midden van de zeshoeken is er veel lege ruimte.

IJs is eigenlijk ongeveer 9% minder dicht dan vloeibaar water. Daarom neemt ijs meer ruimte in beslag dan water. Praktisch gezien is dit logisch, omdat ijs uitzet. Daarom moet je een glazen fles water niet invriezen en waarom bevroren water grotere scheuren in beton kan veroorzaken. Als je een literfles ijs en een literfles water hebt, dan is de ijswaterfles lichter. De moleculen zijn op dit punt verder van elkaar verwijderd dan wanneer het water warmer is. Daarom is ijs minder dicht dan water en blijft het drijven.

Als ijs smelt, de stabiele kristalstructuur stort in en wordt plotseling dichter. Als water warmer wordt dan 4 ° C, krijgt het energie en bewegen de moleculen sneller en verder uit elkaar. Heet water neemt dus ook meer ruimte in dan kouder water en drijft op het koelere water omdat het minder dicht is. Het is alsof je naar een meer gaat om te zwemmen en de bovenste laag is lekker warm, maar als je je benen eronder steekt is het ineens veel kouder.

Belangrijk voor onze aarde

Dus waarom doet dit er eigenlijk toe? Het drijfvermogen van ijs heeft belangrijke gevolgen voor het leven op aarde. Meren bevriezen in de winter op koude plaatsen aan de bovenkant, waardoor vissen en andere dieren beneden kunnen overleven. Als de bodem bevroor, zou het hele meer kunnen worden bevroren en zou bijna niets de winter in het meer kunnen overleven. Als het ijs in de noordelijke of zuidelijke oceanen zou zinken, zouden de ijskappen zich allemaal op de bodem van de oceaan bevinden, waardoor er niets zou kunnen leven. De oceaanbodem zou vol ijs zijn. Bovendien is poolijs belangrijk omdat het licht reflecteert en voorkomt dat onze planeet te warm wordt.