Επιστημονική εξήγηση του γιατί ο πάγος επιπλέει σε υγρό νερό

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Γιατί ο πάγος επιπλέει πάνω στο νερό αντί να βυθίζεται όπως τα περισσότερα στερεά; Υπάρχουν δύο μέρη στην απάντηση σε αυτή την ερώτηση: πρώτα θα μάθουμε γιατί κάτι επιπλέει και μετά θα εξετάσουμε γιατί ο πάγος επιπλέει πάνω από το υγρό νερό αντί να βυθίζεται στον πυθμένα.

Γιατί επιπλέει ο πάγος;

Μια ουσία επιπλέει εάν είναι λιγότερο πυκνή ή έχει μικρότερη μάζα ανά μονάδα όγκου από τα άλλα συστατικά του μείγματος. Για παράδειγμα, εάν μια χούφτα πέτρες πέσει σε έναν κουβά με νερό, οι βράχοι, που είναι πιο πυκνοί σε σύγκριση με το νερό, βυθίζονται. Το νερό, το οποίο είναι λιγότερο πυκνό από τα βράχια, θα επιπλέει. Βασικά, οι βράχοι σπρώχνουν το νερό έξω από το δοχείο ή το εκτοπίζουν. Για να επιπλέει ένα αντικείμενο, πρέπει να μετατοπίσει ένα βάρος ρευστού ίσο με το δικό του βάρος.

Το νερό φτάνει στη μέγιστη πυκνότητά του σε θερμοκρασία 4°C (40°F). Καθώς γίνεται πιο κρύο και παγώνει, μετατρέπεται σε πάγο, ο οποίος είναι στην πραγματικότητα λιγότερο πυκνός από το νερό. Για τις περισσότερες ουσίες, η πυκνότητα αυξάνεται στη στερεά (κατεψυγμένη) κατάσταση, δηλαδή είναι συνήθως πιο πυκνές από ό,τι στην υγρή τους κατάσταση. Το νερό είναι διαφορετικό λόγω των δεσμών υδρογόνου.

Ένα μόριο νερού αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου που συνδέονται ισχυρά μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα μόρια του νερού έλκονται επίσης μεταξύ τους από χημικούς δεσμούς πολύ πιο αδύναμους από τους ομοιοπολικούς, που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου . Αυτή η έλξη εμφανίζεται μεταξύ των ατόμων υδρογόνου που έχουν θετικά φορτία και των ατόμων οξυγόνου γειτονικών μορίων νερού που έχουν αρνητικά φορτία. Καθώς το νερό κρυώνει κάτω από τους 4 °C, οι δεσμοί υδρογόνου αναδιατάσσονται για να κρατήσουν τα αρνητικά φορτισμένα άτομα οξυγόνου χωριστά. Όλα αυτά παράγουν ένα δίκτυο κρυστάλλων που είναι κοινώς γνωστό ως πάγος.

Ο πάγος επιπλέει επειδή είναι περίπου 9% λιγότερο πυκνός από το υγρό νερό. Με άλλα λόγια, ο πάγος καταλαμβάνει περίπου 9% περισσότερο χώρο από το νερό, επομένως ένα λίτρο πάγου ζυγίζει λιγότερο από ένα λίτρο νερού. Το βαρύτερο νερό εκτοπίζει τον ελαφρύτερο πάγο, έτσι ο πάγος επιπλέει στην επιφάνεια του νερού. Μια συνέπεια αυτού παρατηρείται σε λίμνες και ποτάμια, τα οποία παγώνουν από την κορυφή προς τα κάτω, επιτρέποντας στα ψάρια να επιβιώσουν ακόμη και όταν η επιφάνεια μιας λίμνης έχει παγώσει. Αν ο πάγος βυθιζόταν, το νερό θα μετακινούνταν στην επιφάνεια και θα εκτεθεί σε ψυχρότερες θερμοκρασίες, προκαλώντας το πάγωμα των ποταμών και των λιμνών.

Ο βαρύς πάγος του νερού βυθίζεται σε υγρό νερό

Ωστόσο, δεν επιπλέει όλο το νερό σε μορφή πάγου ή σε στερεή κατάσταση στην επιφάνεια του κανονικού νερού. Ο πάγος που γίνεται με βαρύ νερό, δηλαδή αυτό που περιέχει το ισότοπο υδρογόνου δευτερίου, βυθίζεται στο κανονικό νερό. Οι δεσμοί υδρογόνου εξακολουθούν να εμφανίζονται σε αυτόν τον τύπο νερού, αλλά όχι σε επαρκή αριθμό για να καλύψουν τη διαφορά μάζας μεταξύ κανονικού και βαρέος νερού. Επομένως, ο βαρύς πάγος του νερού βυθίζεται επίσης σε υγρό νερό.

-Διαφήμιση-

mm
Emilio Vadillo (MEd)
(Licenciado en Ciencias, Master en Educación) - COORDINADOR EDITORIAL. Autor y editor de libros de texto. Editor (papel y digital). Divulgador científico.

Artículos relacionados