Ice floats – det är därför havet har polaris och isberg, och varför isen i din dryck flyter. Om du tänker på det kan det tyckas lite konstigt eftersom is är fast och intuitivt, det borde vara tyngre än en vätska och sjunka. Även om detta är sant för de flesta ämnen, är vatten ett undantag. Dess vätebindningar och dess fasta tillstånd gör den faktiskt lättare än den är som en vätska.

Is är mindre tät

Vatten är en fantastisk substans som i grunden driver liv på jorden – varje levande organism behöver det. Det har också några intressanta egenskaper som gör att livet kan vara som det är. En av de viktigaste egenskaperna är att vattnet är tätast vid 4 ° C (40 ° F). Varmvatten och is är båda mindre täta än kallt vatten. Mindre täta ämnen flyter ovanpå mer täta ämnen. Till exempel när du gör salladsdressingolja som flyter ovanpå vinäger eftersom den är mindre tät. Detsamma gäller för allt. Om du har en uppblåst strandboll i en pool, flyter den, om du har en sten, sjunker den.

Anledningen till att is är mindre tät än vatten har att göra med vätebindningar. Som ni vet består vatten av ett syre och två väteatomer. De är fästa med kovalenta bindningar som är mycket starka. En annan typ av bindning bildas emellertid också mellan olika vattenmolekyler som kallas en vätebindning, som är svagare. Dessa bindningar bildas eftersom de positivt laddade väteatomerna lockas till de negativt laddade syreatomerna i närliggande vattenmolekyler. När vattnet är varmt är molekylerna mycket aktiva, rör sig mycket och bildar och bryter snabbt bindningar med andra vattenmolekyler. De har energi att trycka närmare varandra och röra sig snabbt.

När vattnet kommer under 4 ° C minskar den kinetiska energin så att molekylerna inte rör sig så mycket längre. De har inte energi att röra sig och bryta och bilda band så lätt. Istället bildar de fler vätebindningar med andra vattenmolekyler för att bilda sexkantiga gitterstrukturer. De bildar dessa strukturer för att hålla de negativt laddade syremolekylerna isär. Mitt i sexhörningarna finns det mycket tomt utrymme.

Is är faktiskt cirka 9% mindre tät än flytande vatten. Därför tar is mer utrymme än vatten. I praktiken är det vettigt, eftersom is expanderar. Det är därför du inte ska frysa en glasflaska vatten och varför fryst vatten kan skapa större sprickor i betong. Om du har en liters flaska is och en liter flaska vatten, skulle isvattenflaskan vara lättare. Molekylerna är längre bort från varandra vid denna tidpunkt än när vattnet är varmare. Därför är is mindre tät än vatten och flyter.

När is smälter, den stabila kristallstrukturen kollapsar och blir plötsligt tätare. När vattnet värms över 4 ° C får det energi och molekylerna rör sig snabbare och längre ifrån varandra. Så varmt vatten tar också mer plats än kallare vatten och det flyter ovanpå det kallare vattnet eftersom det är mindre tätt. Det är som när du går till en sjö för att simma och det övre lagret är varmt och varmt men när du sticker benen under är det plötsligt mycket kallare.

Viktigt för vår jord

Så varför betyder det ens? Isens flytkraft har viktiga konsekvenser för livet på jorden. Sjöar fryser över på vintern på kalla platser, vilket gör att fiskar och andra djur kan överleva under. Om botten frös, kunde hela sjön frysas och nästan ingenting kunde överleva vintern i sjön. I norra eller södra oceanen, om isen sjönk, skulle iskapparna alla vara vid havets botten och hindra någonting från att bo där. Havsbotten skulle vara full av is. Dessutom är polaris viktig eftersom den reflekterar ljus och hindrar vår planet från att bli för varm.