Polarni ledeni blokovi i sante leda lebde u oceanu, a čak i u pićima led nikada ne tone na dno. Može se zaključiti da led ne tone u vodi. Zašto? Ako razmislite o tome, ovo pitanje može se činiti malo čudnim, jer je led čvrst i - intuitivno - trebao bi biti teži od tekućine. Iako ova izjava vrijedi za većinu tvari, voda je iznimka od pravila. Vodu i led razlikuju vodikove veze, koje čine led lakšim u čvrstom stanju nego kada je u tekućem stanju.
Znanstveno pitanje: zašto led ne tone u vodi
Zamislimo da smo u lekciji pod nazivom "Svijet okolo" u 3. razredu. “Zašto led ne tone u vodi?”, pita učiteljica djecu. I djeca, koja nemaju duboko znanje iz fizike, počinju rasuđivati. "Možda je magija?" kaže jedno od djece.
Doista, led je krajnje neobičan. Praktički ne postoje druge prirodne tvari koje bi u čvrstom stanju mogle plutati na površini tekućine. Ovo je jedno od svojstava koja vodu čini tako neobičnom tvari i, iskreno, to je ono što mijenja put planetarne evolucije.
Postoje neki planeti koji sadrže ogromne količine tekućih ugljikovodika kao što je amonijak - međutim, kada se smrzne, ovaj materijal tone na dno. Razlog zašto led ne tone u vodi je taj što se voda kada se smrzava širi, a s tim se smanjuje i njegova gustoća. Zanimljivo je da širenje leda može razbiti stijene - proces glacijacije vode je tako neobičan.
Znanstveno govoreći, proces zamrzavanja postavlja brze cikluse trošenja i određene kemikalije koje se oslobađaju na površini mogu otopiti minerale. Općenito, postoje procesi i mogućnosti povezani sa smrzavanjem vode koje fizička svojstva drugih tekućina ne podrazumijevaju.
Gustoća leda i vode
Dakle, odgovor na pitanje zašto led ne tone u vodi, već pluta na površini je taj da ima manju gustoću od tekućine - ali to je odgovor na prvoj razini. Da biste bolje razumjeli, morate znati zašto led ima malu gustoću, zašto stvari uopće lebde, kako gustoća dovodi do plutanja.
Prisjetimo se grčkog genija Arhimeda, koji je otkrio da se nakon potapanja određenog predmeta u vodu volumen vode povećava za broj jednak volumenu uronjenog predmeta. Drugim riječima, ako stavite duboku posudu na površinu vode, a zatim u nju stavite težak predmet, volumen vode koji će se uliti u posudu bit će točno jednak volumenu predmeta. Nije bitno je li objekt potpuno potopljen ilidjelomično.
Svojstva vode
Voda je nevjerojatna tvar koja u osnovi hrani život na zemlji, jer je treba svakom živom organizmu. Jedno od najvažnijih svojstava vode je da ima najveću gustoću na 4°C. Dakle, topla voda ili led su manje gustoće od hladne vode. Manje guste tvari plutaju na vrhu gušćih tvari.
Na primjer, dok pripremate salatu, primijetit ćete da se ulje nalazi na površini octa - to se može objasniti činjenicom da ima manju gustoću. Isti zakon vrijedi i za objašnjenje zašto led ne tone u vodi, već tone u benzinu i kerozinu. Samo što ove dvije tvari imaju manju gustoću od leda. Dakle, ako bacite loptu na napuhavanje u bazen, ona će plutati na površini, ali ako bacite kamen u vodu, ona će potonuti na dno.
Koje se promjene događaju s vodom kad se smrzne
Razlog zašto led ne tone u vodi je zbog vodikovih veza koje se mijenjaju kada se voda smrzava. Kao što znate, voda se sastoji od jednog atoma kisika i dva atoma vodika. Spojeni su kovalentnim vezama koje su nevjerojatno jake. Međutim, druga vrsta veze koja se stvara između različitih molekula, nazvana vodikova veza, slabija je. Ove veze nastaju jer pozitivno nabijene atome vodika privlače negativno nabijeni atomi kisika susjednih molekula vode.
Kada je voda topla, molekule su vrlo aktivne,puno se kreću, brzo stvaraju i razgrađuju veze s drugim molekulama vode. Imaju energiju da priđu jedno drugome i brzo se kreću. Pa zašto led ne tone u vodi? Kemija skriva odgovor.
Fizikalna kemija leda
Kako temperatura vode padne ispod 4 °C, kinetička energija tekućine se smanjuje, pa se molekule više ne kreću. Nemaju energiju za kretanje i lako se raskinu i formiraju veze kao na visokoj temperaturi. Umjesto toga, oni stvaraju više vodikovih veza s drugim molekulama vode kako bi formirali šesterokutne rešetkaste strukture.
Tvore ove strukture kako bi držale negativno nabijene molekule kisika odvojene. U sredini šesterokuta nastalih kao rezultat djelovanja molekula, nalazi se puno praznine.
Led tone u vodi - razlozi
Led je zapravo 9% manje gustoće od tekuće vode. Stoga led zauzima više prostora od vode. Praktički, to ima smisla jer se led širi. Zbog toga se ne preporučuje zamrzavanje staklene boce vode - smrznuta voda može stvoriti velike pukotine čak i u betonu. Ako imate bocu leda od litre i bocu vode od litre, tada će vam boca s ledenom vodom biti lakša. Molekule su u ovom trenutku udaljenije nego kada je tvar u tekućem stanju. Zato led ne tone u vodi.
Kada se led otopistabilna kristalna struktura se raspada i postaje gušća. Kada se voda zagrije do 4°C, dobiva energiju i molekule se kreću sve brže i dalje. To je razlog zašto topla voda zauzima više prostora od hladne vode i pliva na vrhu hladne vode - ima manju gustoću. Zapamtite, kada ste na jezeru, dok plivate, gornji sloj vode je uvijek lijep i topao, ali kada spustite noge, osjećate hladnoću donjeg sloja.
Značaj procesa smrzavanja vode u funkcioniranju planeta
Unatoč činjenici da je pitanje "Zašto led ne tone u vodi?" za 3. razred vrlo je važno razumjeti zašto se ovaj proces događa i što to znači za planet. Dakle, uzgon leda ima važne implikacije za život na Zemlji. Jezera se zimi smrzavaju na hladnim mjestima - to omogućuje ribama i drugim vodenim životinjama da prežive ispod ledenog pokrivača. Ako je dno zaleđeno, postoji velika vjerojatnost da bi cijelo jezero moglo biti zaleđeno.
U takvim uvjetima ni jedan organizam ne bi preživio.
Ako je gustoća leda veća od gustoće vode, oceani bi potonuli u ledu, a ledene kape koje bi tada bile na dnu ne bi dopuštale nikome da tamo živi. Dno oceana bilo bi puno leda – i u što bi se sve to pretvorilo? Između ostalog, polarni led je važan jer reflektira svjetlost i sprječava prevruću planetu Zemlju.
