Polarne ledene kocke in ledene gore lebdijo v oceanu in tudi v pijačah led nikoli ne potone na dno. Lahko sklepamo, da led v vodi ne potone. zakaj? Če pomislite, se to vprašanje morda zdi nekoliko čudno, saj je led trden in bi moral biti – intuitivno – težji od tekočega. Čeprav ta izjava velja za večino snovi, je voda izjema od pravila. Vodo in led ločijo vodikove vezi, zaradi katerih je led v trdnem stanju lažji kot v tekočem stanju.
Znanstveno vprašanje: zakaj led ne potone v vodi
Predstavljajmo si, da smo v lekciji z naslovom "Svet okoli" v 3. razredu. »Zakaj led ne potone v vodi?« vpraša učiteljica otroke. In otroci, ki nimajo globokega znanja o fiziki, začnejo sklepati. "Mogoče je čarovnija?" pravi eden od otrok.
Led je res izjemno nenavaden. Praktično ni drugih naravnih snovi, ki bi v trdnem stanju lahko plavale na površini tekočine. To je ena od lastnosti, zaradi katerih je voda tako nenavadna snov in, odkrito povedano, je tisto, kar spremeni pot planetarne evolucije.
Nekateri planeti vsebujejo ogromne količine tekočih ogljikovodikov, kot je amoniak - vendar se ta material, ko je zamrznjen, potopi na dno. Razlog, zakaj led v vodi ne potone, je v tem, da se voda ob zmrzovanju razširi, s tem pa se zmanjša tudi njegova gostota. Zanimivo je, da lahko širjenje ledu razbije skale - proces poledenitve vode je tako nenavaden.
Znanstveno gledano, postopek zamrzovanja vzpostavi hitre cikle preperevanja in nekatere kemikalije, ki se sproščajo na površini, lahko raztopijo minerale. Na splošno obstajajo procesi in možnosti, povezani z zmrzovanjem vode, ki jih fizikalne lastnosti drugih tekočin ne pomenijo.
Gostota ledu in vode
Torej je odgovor na vprašanje, zakaj led ne potone v vodi, ampak lebdi na površini, ta, da ima nižjo gostoto kot tekočina – toda to je odgovor prve stopnje. Za boljše razumevanje morate vedeti, zakaj ima led nizko gostoto, zakaj stvari sploh lebdijo, kako gostota vodi do lebdenja.
Spomnimo se grškega genija Arhimeda, ki je ugotovil, da se po potopitvi določenega predmeta v vodo volumen vode poveča za število, ki je enako prostornini potopljenega predmeta. Z drugimi besedami, če postavite globoko posodo na površino vode in nato vanjo postavite težak predmet, bo prostornina vode, ki se bo vlila v posodo, natančno enaka prostornini predmeta. Ni pomembno, ali je predmet popolnoma potopljen ozdelno.
Lastnosti vode
Voda je neverjetna snov, ki v bistvu hrani življenje na zemlji, saj jo potrebuje vsak živi organizem. Ena najpomembnejših lastnosti vode je, da ima največjo gostoto pri 4°C. Tako je vroča voda ali led manj gosta od hladne vode. Manj goste snovi plavajo na gostejših.
Na primer, ko pripravljate solato, boste opazili, da je olje na površini kisa - to je mogoče razložiti z dejstvom, da ima manjšo gostoto. Isti zakon velja tudi za razlago, zakaj led ne potone v vodi, ampak se potopi v bencin in kerozin. Samo ti dve snovi imata manjšo gostoto kot led. Torej, če vržete napihljivo žogo v bazen, bo lebdela na površini, če pa vržete kamen v vodo, bo potonila na dno.
Kakšne spremembe se zgodijo z vodo, ko zmrzne
Razlog, da led ne potone v vodi, so vodikove vezi, ki se spremenijo, ko voda zmrzne. Kot veste, je voda sestavljena iz enega atoma kisika in dveh atomov vodika. Povezani so s kovalentnimi vezmi, ki so neverjetno močne. Vendar pa je druga vrsta vezi, ki se tvori med različnimi molekulami, imenovana vodikova vez, šibkejša. Te vezi nastanejo, ker pozitivno nabite atome vodika privlačijo negativno nabiti kisikovi atomi sosednjih molekul vode.
Ko je voda topla, so molekule zelo aktivne,se veliko premikajo, hitro tvorijo in razgrajujejo vezi z drugimi molekulami vode. Imajo energijo, da se približajo drug drugemu in se hitro premikajo. Zakaj torej led ne potone v vodi? Kemija skriva odgovor.
fizikalna kemija ledu
Ko temperatura vode pade pod 4 °C, se kinetična energija tekočine zmanjša, zato se molekule ne premikajo več. Nimajo energije za premikanje in se tako enostavno kot pri visoki temperaturi pretrgajo in tvorijo vezi. Namesto tega tvorijo več vodikovih vezi z drugimi molekulami vode, da tvorijo šesterokotne mrežne strukture.
Tvorijo te strukture, da negativno nabite molekule kisika držijo narazen. V sredini šesterokotnikov, ki nastanejo kot posledica delovanja molekul, je veliko praznine.
Led potone v vodi - razlogi
Led je dejansko 9 % manj gost od tekoče vode. Zato led zavzame več prostora kot voda. Praktično je to smiselno, ker se led širi. Zato ni priporočljivo zamrzniti steklenice vode - zamrznjena voda lahko ustvari velike razpoke tudi v betonu. Če imate litrsko steklenico ledu in litrsko steklenico vode, bo steklenica z ledeno vodo lažja. Molekule so na tej točki bolj oddaljene kot takrat, ko je snov v tekočem stanju. Zato led v vodi ne potone.
Ko se led stopistabilna kristalna struktura se poruši in postane gostejša. Ko se voda segreje na 4°C, pridobi energijo in molekule se premikajo hitreje in dlje. To je razlog, zakaj vroča voda zavzame več prostora kot hladna voda in plava na vrhu hladne vode – ima manjšo gostoto. Ne pozabite, ko ste na jezeru med plavanjem, je zgornja plast vode vedno lepa in topla, ko pa spustite noge, začutite mraz spodnje plasti.
Pomen procesa zmrzovanja vode v delovanju planeta
Kljub temu, da je vprašanje "Zakaj led ne potone v vodi?" za 3. razred je zelo pomembno razumeti, zakaj se ta proces dogaja in kaj pomeni za planet. Tako ima vzgona ledu pomembne posledice za življenje na Zemlji. Jezera pozimi zamrznejo v mrzlih krajih – to omogoča ribam in drugim vodnim živalim preživetje pod ledeno ploščo. Če bi bilo dno zmrznjeno, obstaja velika verjetnost, da bi lahko zmrznilo celotno jezero.
V takšnih razmerah ne bi preživel niti en organizem.
Če bi bila gostota ledu večja od gostote vode, bi se oceani potopili v led in ledeni pokrovi, ki bi bili takrat na dnu, ne bi nikomur dovolili, da bi tam živel. Dno oceana bi bilo polno ledu – in v kaj bi se vse to spremenilo? Med drugim je polarni led pomemben, ker odbija svetlobo in preprečuje, da bi planet Zemlja postal prevroč.
