Polaire ijsblokken en ijsbergen drijven in de oceaan, en zelfs in drankjes zakt het ijs nooit naar de bodem. Geconcludeerd kan worden dat ijs niet in water zinkt. Waarom? Als je erover nadenkt, lijkt deze vraag misschien een beetje vreemd, omdat ijs vast is en - intuïtief - zwaarder zou moeten zijn dan vloeibaar. Hoewel deze bewering voor de meeste stoffen geldt, is water de uitzondering op de regel. Water en ijs worden onderscheiden door waterstofbruggen, waardoor het ijs in vaste toestand lichter is dan in vloeibare toestand.
Wetenschappelijke vraag: waarom zinkt ijs niet in water
Stel je voor dat we in een les zijn genaamd "The World Around" in de 3e klas. “Waarom zinkt ijs niet in water?”, vraagt de leraar aan de kinderen. En de kinderen, die geen diepgaande kennis van natuurkunde hebben, beginnen te redeneren. 'Misschien is het magie?' zegt een van de kinderen.
Het ijs is inderdaad buitengewoon ongebruikelijk. Er zijn praktisch geen andere natuurlijke stoffen die in vaste toestand op het oppervlak van een vloeistof kunnen drijven. Dit is een van de eigenschappen die water zo'n ongewone substantie maakt en, eerlijk gezegd, het is wat het pad van planetaire evolutie verandert.
Er zijn planeten die enorme hoeveelheden vloeibare koolwaterstoffen bevatten, zoals ammoniak, maar als het bevroren is, zinkt dit materiaal naar de bodem. De reden waarom ijs niet in water zinkt, is dat wanneer water bevriest, het uitzet en daarmee de dichtheid afneemt. Interessant is dat de uitzetting van ijs rotsen kan doen breken - het proces van ijstijd van water is zo ongewoon.
Wetenschappelijk gezien zorgt het bevriezingsproces voor snelle verweringscycli en kunnen bepaalde chemicaliën die op het oppervlak vrijkomen, mineralen oplossen. Over het algemeen zijn er processen en mogelijkheden verbonden aan het bevriezen van water die de fysieke eigenschappen van andere vloeistoffen niet impliceren.
Dichtheid van ijs en water
Dus het antwoord op de vraag waarom ijs niet in water zinkt maar op het oppervlak drijft, is dat het een lagere dichtheid heeft dan vloeistof - maar dat is een eersteklas antwoord. Om beter te begrijpen, moet je weten waarom ijs een lage dichtheid heeft, waarom dingen in de eerste plaats drijven, hoe dichtheid tot drijven leidt.
Herinner je het Griekse genie Archimedes, die ontdekte dat na het onderdompelen van een bepaald object in water, het watervolume toeneemt met een getal gelijk aan het volume van het ondergedompelde object. Met andere woorden, als je een diepe schaal op het wateroppervlak plaatst en er vervolgens een zwaar voorwerp in plaatst, zal het volume water dat in de schaal wordt gegoten exact gelijk zijn aan het volume van het object. Het maakt niet uit of het object volledig is ondergedompeld ofgedeeltelijk.
Eigenschappen van water
Water is een verbazingwekkende stof die in feite het leven op aarde voedt, omdat elk levend organisme het nodig heeft. Een van de belangrijkste eigenschappen van water is dat het de hoogste dichtheid heeft bij 4°C. Zo is warm water of ijs minder dicht dan koud water. Minder dichte stoffen drijven bovenop dichtere stoffen.
Bij het bereiden van een salade zul je bijvoorbeeld merken dat de olie zich op het oppervlak van de azijn bevindt - dit kan worden verklaard door het feit dat het een lagere dichtheid heeft. Dezelfde wet is ook geldig om te verklaren waarom ijs niet in water zinkt, maar in benzine en kerosine. Alleen hebben deze twee stoffen een lagere dichtheid dan ijs. Dus als je een opblaasbare bal in het zwembad gooit, zal hij op het oppervlak drijven, maar als je een steen in het water gooit, zal hij naar de bodem zinken.
Wat verandert er met water als het bevriest
De reden dat ijs niet in water zinkt, is vanwege de waterstofbruggen die veranderen wanneer water bevriest. Zoals je weet, bestaat water uit één zuurstofatoom en twee waterstofatomen. Ze zijn verbonden door covalente bindingen die ongelooflijk sterk zijn. Het andere type binding dat zich tussen verschillende moleculen vormt, een waterstofbinding genoemd, is echter zwakker. Deze bindingen ontstaan doordat de positief geladen waterstofatomen worden aangetrokken door de negatief geladen zuurstofatomen van naburige watermoleculen.
Als het water warm is, zijn de moleculen erg actief,veel bewegen, snel bindingen vormen en afbreken met andere watermoleculen. Ze hebben de energie om elkaar te benaderen en snel te handelen. Dus waarom zinkt ijs niet in water? Chemie verbergt het antwoord.
Fysische chemie van ijs
Als de watertemperatuur onder de 4 °C da alt, neemt de kinetische energie van de vloeistof af, waardoor de moleculen niet meer bewegen. Ze hebben niet de energie om te bewegen en zijn net zo gemakkelijk als bij hoge temperatuur te breken en bindingen te vormen. In plaats daarvan vormen ze meer waterstofbruggen met andere watermoleculen om hexagonale roosterstructuren te vormen.
Ze vormen deze structuren om negatief geladen zuurstofmoleculen uit elkaar te houden. In het midden van de zeshoeken die gevormd zijn door de activiteit van moleculen, is er veel leegte.
IJs zinkt in water - redenen
IJs is eigenlijk 9% minder dicht dan vloeibaar water. Daarom neemt ijs meer ruimte in beslag dan water. Praktisch gezien is dit logisch omdat het ijs uitzet. Daarom wordt het niet aanbevolen om een glazen fles water te bevriezen - bevroren water kan zelfs in beton grote scheuren veroorzaken. Als je een literfles ijs en een literfles water hebt, dan is een ijswaterfles makkelijker. De moleculen staan op dit punt verder uit elkaar dan wanneer de stof in vloeibare toestand is. Daarom zinkt ijs niet in water.
Als het ijs smeltde stabiele kristalstructuur breekt af en wordt dichter. Als het water tot 4°C opwarmt, wint het aan energie en bewegen de moleculen sneller en verder. Dit is de reden waarom warm water meer ruimte inneemt dan koud water en op koud water drijft - het heeft een lagere dichtheid. Onthoud dat als je tijdens het zwemmen op het meer bent, de bovenste laag water altijd lekker warm is, maar als je je voeten neerzet, voel je de kou van de onderste laag.
De betekenis van het proces van bevriezend water voor het functioneren van de planeet
Ondanks het feit dat de vraag "Waarom zinkt ijs niet in water?" voor graad 3 is het erg belangrijk om te begrijpen waarom dit proces plaatsvindt en wat het betekent voor de planeet. Het drijfvermogen van ijs heeft dus belangrijke implicaties voor het leven op aarde. Meren bevriezen in de winter op koude plaatsen - hierdoor kunnen vissen en andere waterdieren onder de ijskap overleven. Als de bodem bevroren zou zijn, is de kans groot dat het hele meer bevroren zou kunnen zijn.
In dergelijke omstandigheden zou geen enkel organisme het hebben overleefd.
Als de dichtheid van ijs hoger was dan de dichtheid van water, dan zouden de oceanen in ijs zinken, en de ijskappen die dan op de bodem zouden zijn, zouden niemand toestaan daar te leven. De bodem van de oceaan zou vol ijs liggen - en wat zou het allemaal worden? Poolijs is onder andere belangrijk omdat het licht weerkaatst en voorkomt dat de aarde te heet wordt.
