Polære isblokke og isbjerge driver i havet, og selv i drinks synker isen aldrig til bunden. Det kan konkluderes, at is ikke synker i vand. Hvorfor? Hvis du tænker over det, kan dette spørgsmål virke lidt mærkeligt, for is er fast og - intuitivt - burde være tungere end flydende. Selvom denne udtalelse er sand for de fleste stoffer, er vand undtagelsen fra reglen. Vand og is er kendetegnet ved hydrogenbindinger, som gør isen lettere i fast tilstand, end når den er i flydende tilstand.
Videnskabeligt spørgsmål: hvorfor synker is ikke i vand
Lad os forestille os, at vi er i en lektion, der hedder "Verden omkring" i 3. klasse. "Hvorfor synker isen ikke i vandet?" spørger læreren børnene. Og børnene, der ikke har dyb viden om fysik, begynder at ræsonnere. "Måske er det magi?" siger et af børnene.
Is er faktisk ekstremt usædvanlig. Der er praktisk t alt ingen andre naturlige stoffer, som i fast tilstand kan flyde på overfladen af en væske. Dette er en af de egenskaber, der gør vand til et så usædvanligt stof, og ærligt t alt er det, hvad der ændrer vejen for planetarisk udvikling.
Der er nogle planeter, der indeholder enorme mængder flydende kulbrinter såsom ammoniak - men når det er frosset, synker dette materiale til bunden. Grunden til, at is ikke synker i vand, er, at når vand fryser, udvider det sig, og med det falder dens massefylde. Interessant nok kan udvidelsen af is bryde klipper - processen med glaciation af vand er så usædvanlig.
Videnskabeligt set sætter fryseprocessen hurtige vejrcyklusser op, og visse kemikalier, der frigives på overfladen, kan opløse mineraler. Generelt er der processer og muligheder forbundet med frysning af vand, som andre væskers fysiske egenskaber ikke indebærer.
Tæthed af is og vand
Så svaret på, hvorfor is ikke synker i vand, men flyder på overfladen, er, at den har en lavere massefylde end væske - men det er et første niveau svar. For bedre at forstå, skal du vide, hvorfor is har lav tæthed, hvorfor ting flyder i første omgang, hvordan tæthed fører til flydende.
Husk på det græske geni Archimedes, som fandt ud af, at efter at have nedsænket en bestemt genstand i vand, øges vandvolumenet med et tal svarende til rumfanget af den nedsænkede genstand. Med andre ord, hvis du placerer en dyb skål på overfladen af vandet og derefter placerer en tung genstand i den, vil mængden af vand, der hældes i skålen, være nøjagtigt lig med genstandens volumen. Det er lige meget om objektet er helt nedsænket ellerdelvist.
Vands egenskaber
Vand er et fantastisk stof, der dybest set nærer livet på jorden, fordi enhver levende organisme har brug for det. En af de vigtigste egenskaber ved vand er, at det har den højeste massefylde ved 4°C. Således er varmt vand eller is mindre tæt end koldt vand. Mindre tætte stoffer flyder oven på tættere stoffer.
For eksempel, mens du forbereder en salat, vil du bemærke, at olien er på overfladen af eddike - dette kan forklares med, at den har en lavere tæthed. Den samme lov gælder også for at forklare, hvorfor is ikke synker i vand, men synker i benzin og petroleum. Det er bare, at disse to stoffer har en lavere tæthed end is. Så hvis du kaster en oppustelig bold i poolen, vil den flyde på overfladen, men hvis du kaster en sten i vandet, vil den synke til bunden.
Hvilke ændringer sker der med vand, når det fryser
Grunden til, at is ikke synker i vand, skyldes de brintbindinger, der ændrer sig, når vandet fryser. Vand består som bekendt af et oxygenatom og to brintatomer. De er bundet af kovalente bindinger, der er utrolig stærke. Den anden type binding, der dannes mellem forskellige molekyler, kaldet en hydrogenbinding, er dog svagere. Disse bindinger dannes, fordi de positivt ladede brintatomer tiltrækkes af de negativt ladede oxygenatomer i nabovandmolekyler.
Når vandet er varmt, er molekylerne meget aktive,bevæge sig meget, danne og nedbryde hurtigt bindinger med andre vandmolekyler. De har energien til at nærme sig hinanden og bevæge sig hurtigt. Så hvorfor synker isen ikke i vandet? Kemi skjuler svaret.
Isens fysiske kemi
Når vandtemperaturen falder til under 4 °C, falder væskens kinetiske energi, så molekylerne ikke længere bevæger sig. De har ikke energien til at bevæge sig og er lige så nemme som ved høj temperatur at bryde og danne bindinger. I stedet danner de flere hydrogenbindinger med andre vandmolekyler for at danne hexagonale gitterstrukturer.
De danner disse strukturer for at holde negativt ladede iltmolekyler fra hinanden. I midten af de sekskanter, der er dannet som følge af molekylernes aktivitet, er der meget tomhed.
Is synker i vand - årsager
Is er faktisk 9 % mindre tæt end flydende vand. Derfor fylder is mere end vand. Praktisk set giver dette mening, fordi isen udvider sig. Derfor anbefales det ikke at fryse en glasflaske med vand - frosset vand kan skabe store revner selv i beton. Hvis du har en liters flaske is og en liters flaske vand, så vil en isvandsflaske være nemmere. Molekylerne er længere fra hinanden på dette tidspunkt, end når stoffet er i flydende tilstand. Det er derfor, is ikke synker i vand.
Når isen smelterden stabile krystalstruktur nedbrydes og bliver tættere. Når vandet varmes op til 4°C, får det energi, og molekylerne bevæger sig hurtigere og længere. Dette er grunden til, at varmt vand fylder mere end koldt vand og flyder oven på koldt vand – det har mindre tæthed. Husk, når du er på søen, mens du svømmer, er det øverste lag af vand altid dejligt varmt, men når du sætter fødderne ned, mærker du kulden fra det nederste lag.
Betydningen af processen med at fryse vand for planetens funktion
På trods af at spørgsmålet "Hvorfor synker is ikke i vand?" for klasse 3 er det meget vigtigt at forstå, hvorfor denne proces sker, og hvad den betyder for planeten. Isens opdrift har således vigtige konsekvenser for livet på Jorden. Søer fryser om vinteren på kolde steder - det gør det muligt for fisk og andre vandlevende dyr at overleve under indlandsisen. Hvis bunden var frossen, så er der stor sandsynlighed for, at hele søen kunne være frosset.
Under sådanne forhold ville ikke en eneste organisme have overlevet.
Hvis tætheden af is var højere end densiteten af vand, så ville havene synke i is, og iskapperne, der så ville være på bunden, ville ikke tillade nogen at bo der. Havets bund ville være fuld af is – og hvad ville det hele blive til? Polaris er blandt andet vigtig, fordi den reflekterer lys og forhindrer planeten Jorden i at blive for varm.
