קרח וצפיפות המים

מדוע קרח צף על גבי המים במקום לשקוע כמו רוב המוצקים? ישנם שני חלקים לתשובה לשאלה זו. ראשית, נסתכל מדוע משהו צף. לאחר מכן, בואו ונבדוק מדוע קרח צף על גבי מים נוזליים במקום לשקוע לתחתית.

חומר צף אם הוא פחות צפוף, או שיש לו פחות מסה לנפח יחידה, מאשר רכיבים אחרים בתערובת. לדוגמה, אם אתה משליך קומץ סלעים לדלי מים, הסלעים, שהם צפוף בהשוואה למים, ישקע. המים, שהם פחות צפופים מהסלעים, יצופו. בעיקרון, הסלעים דוחפים את המים מהדרך או מבטלים אותם. כדי שאובייקט יוכל לצוף, עליו לעקוף משקל נוזלים שווה למשקל עצמו.

מים מגיעים לצפיפות המקסימלית שלהם ב -4 ° C. ככל שהוא מתקרר ומתקפא לקרח, הוא למעשה הופך פחות צפוף. מצד שני, מרבית החומרים צפופים ביותר במצבם המוצק (הקפוא) מאשר במצבם הנוזלי. מים שונים בגלל קשירת מימן.

א מולקולת מים עשוי מחמצן אחד אטום ושני אטומי מימן התחברו זה לזה חזק קשרים קוולנטיים. מולקולות מים נמשכות זו לזו גם על ידי קשרים כימיים חלשים יותר (קשרי מימן) בין המימן טעון חיובי אטומים והמטען השלילי אטומי חמצן של מולקולות מים שכנות. כשהמים מתקררים מתחת ל -4 מעלות צלזיוס, קשרי המימן מסתגלים כדי להפריד את אטומי החמצן הטעונים לשלילה. זה מייצר סריג קריסטל הידוע בכינויו קרח.

קרח צף מכיוון שהוא כ- 9% פחות צפוף ממים נוזליים. במילים אחרות, קרח תופס כ -9% יותר מקום מאשר מים, ולכן ליטר קרח שוקל פחות מליטר מים. המים הכבדים מעקרים את הקרח הקליל יותר, כך שקרח צף לראשו. תוצאה אחת מכך היא שאגמים ונהרות קופאים מלמעלה למטה, ומאפשרים לדגים לשרוד גם כאשר השטח של האגם קפא. אם קרח היה שקע, המים היו נעקרים מלמעלה ונחשפים לטמפרטורה קרה יותר, ומאלצים נהרות ואגמים להתמלא בקרח ולהקפיא מוצק.

עם זאת, לא כל קרח המים צף על מים רגילים. קרח המיוצר במים כבדים, המכיל את deuterium איזוטופ מימן, שוקע במים רגילים. קשירת מימן עדיין מתרחשת, אבל זה לא מספיק כדי לקזז את ההבדל המוני בין מים רגילים לכבדים. קרח מים כבדים שוקע במים כבדים.