Lód pływa – to dlatego ocean ma polarny lód i góry lodowe oraz dlaczego lód w Twoim napoju pływa. Jeśli się nad tym zastanowić, może się to wydawać trochę dziwne, ponieważ lód jest stały i intuicyjnie powinien być cięższy niż płyn i tonący. Chociaż dotyczy to większości substancji, woda jest wyjątkiem. Jego wiązania wodorowe i stan stały sprawiają, że jest lżejszy niż w postaci cieczy.

Lód jest mniej gęsty

Woda jest niesamowitą substancją, która zasadniczo napędza życie na ziemi – potrzebuje tego każdy żywy organizm. Ma też kilka interesujących właściwości, które sprawiają, że życie jest takie, jakie jest. Jedną z najważniejszych właściwości jest to, że woda jest najgęstsza w temperaturze 4 ° C (40 ° F). Gorąca woda i lód mają mniejszą gęstość niż zimna woda. Substancje mniej gęste unoszą się nad substancjami bardziej gęstymi. Na przykład, gdy robisz sos sałatkowy, olej unosi się na occie, ponieważ jest mniej gęsty. To samo dotyczy wszystkiego. Jeśli masz dmuchaną piłkę plażową w basenie, unosi się ona na wodzie, jeśli masz kamień, tonie.

Powód, dla którego lód jest mniej gęsty niż woda, ma związek z wiązaniami wodorowymi. Jak wiesz, woda składa się z jednego tlenu i dwóch atomów wodoru. Są połączone wiązaniami kowalencyjnymi, które są bardzo mocne. Jednak między różnymi cząsteczkami wody tworzy się również inny rodzaj wiązania zwany wiązaniem wodorowym, które jest słabsze. Wiązania te powstają, ponieważ dodatnio naładowane atomy wodoru są przyciągane przez ujemnie naładowane atomy tlenu z pobliskich cząsteczek wody. Gdy woda jest ciepła, cząsteczki są bardzo aktywne, dużo się przemieszczają oraz szybko tworzą i zrywają wiązania z innymi cząsteczkami wody. Mają energię, by zbliżać się do siebie i poruszać szybko.

Gdy woda spada poniżej 4 ° C, energia kinetyczna spada, więc cząsteczki nie poruszają się tak bardzo już. Nie mają energii, by tak łatwo się poruszać, łamać i tworzyć więzi. Zamiast tego tworzą więcej wiązań wodorowych z innymi cząsteczkami wody, tworząc sześciokątne struktury siatkowe. Tworzą te struktury, aby oddzielić ujemnie naładowane cząsteczki tlenu. W środku sześciokątów jest dużo pustej przestrzeni.

Lód jest w rzeczywistości około 9% mniej gęsty niż woda w stanie ciekłym. Dlatego lód zajmuje więcej miejsca niż woda. Praktycznie ma to sens, ponieważ lód się rozszerza. Dlatego nie należy zamrażać szklanej butelki wody i dlatego zamrożona woda może powodować większe pęknięcia w betonie. Jeśli masz litrową butelkę lodu i litrową butelkę wody, butelka z lodem byłaby lżejsza. W tym momencie cząsteczki są dalej od siebie oddalone niż wtedy, gdy woda jest cieplejsza. Dlatego lód jest mniej gęsty niż woda i unosi się na wodzie.

Kiedy lód się topi, stabilna struktura kryształu zapada się i nagle staje się gęstsza. Gdy woda ogrzewa się powyżej 4 ° C, nabiera energii, a cząsteczki oddalają się od siebie coraz szybciej. Dlatego też gorąca woda zajmuje więcej miejsca niż zimniejsza woda i unosi się na chłodniejszej wodzie, ponieważ jest mniej gęsta. To tak, jak gdy idziesz do jeziora, aby popływać, a górna warstwa jest przyjemna i ciepła, ale kiedy wsadzisz nogi pod spód, nagle jest znacznie zimniej.

Ważne dla naszej Ziemi

Dlaczego to w ogóle ma znaczenie? Wypór lodu ma ważne konsekwencje dla życia na Ziemi. Jeziora zamarzają na górze zimą w zimnych miejscach, co pozwala rybom i innym zwierzętom przeżyć poniżej. Gdyby dno zamarzło, całe jezioro mogłoby zostać zamarznięte i prawie nic nie przeżyłoby zimowania w jeziorze. W oceanach północnych lub południowych, gdyby lód zatonął, czapy lodowe znajdowałyby się na dnie oceanu, uniemożliwiając cokolwiek tam zamieszkanie. Dno oceanu byłoby pełne lodu. Dodatkowo lód polarny jest ważny, ponieważ odbija światło i chroni naszą planetę przed przegrzaniem.