Polarni ledeni blokovi i sante leda lebde u okeanu, a čak ni 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 izgledati malo čudno, jer je led čvrst i - intuitivno - trebao bi biti teži od tekućine. Iako ova izjava vrijedi za većinu tvari, voda je izuzetak od pravila. Vodu i led razlikuju vodonične veze, koje čine led lakšim u čvrstom stanju nego u tekućem stanju.
Naučno pitanje: zašto led ne tone u vodi
Zamislimo da smo na 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 da rasuđuju. "Možda je to magija?" kaže jedno od djece.
Zaista, led je izuzetno neobičan. Praktično ne postoje druge prirodne tvari koje bi u čvrstom stanju mogle plivati na površini tekućine. Ovo je jedno od svojstava koja vodu čini tako neobičnom supstancom i, iskreno, to je ono što mijenja put planetarne evolucije.
Postoje neke planete koje sadrže ogromne količine tečnih ugljovodonika kao što je amonijak - međutim, kada se zamrzne, 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 gustina. Zanimljivo je da širenje leda može razbiti stijene - proces glacijacije vode je tako neobičan.
Naučno govoreći, proces zamrzavanja postavlja brze cikluse trošenja i određene hemikalije koje se oslobađaju na površini mogu rastvoriti minerale. Općenito, postoje procesi i mogućnosti povezane 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 lebdi na površini je da ima manju gustinu od tečnosti - ali to je odgovor na prvom nivou. Da biste bolje razumjeli, morate znati zašto led ima malu gustinu, zašto stvari uopće lebde, kako gustina 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 zapremini uronjenog predmeta. Drugim riječima, ako stavite duboku posudu na površinu vode, a zatim u nju stavite težak predmet, zapremina vode koja će biti ulivena u posudu biće tačno jednaka zapremini predmeta. Nije bitno da li je objekt potpuno potopljen ilidjelomično.
Svojstva vode
Voda je nevjerovatna supstanca koja u osnovi hrani život na zemlji, jer je potrebna svakom živom organizmu. Jedno od najvažnijih svojstava vode je da ima najveću gustinu na 4°C. Dakle, topla voda ili led su manje gustoće od hladne vode. Manje guste supstance plutaju na vrhu gušćih.
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 ove dvije supstance imaju manju gustoću od leda. Dakle, ako bacite loptu na naduvavanje u bazen, ona će plutati na površini, ali ako bacite kamen u vodu, ona će potonuti na dno.
Koje promjene se dešavaju s vodom kada se smrzne
Razlog zašto led ne tone u vodi su vodonične veze koje se menjaju kada se voda zamrzne. Kao što znate, voda se sastoji od jednog atoma kiseonika i dva atoma vodika. Spojeni su kovalentnim vezama koje su nevjerovatno jake. Međutim, druga vrsta veze koja se stvara između različitih molekula, koja se zove vodikova veza, je slabija. Ove veze nastaju zato što su pozitivno nabijeni atomi vodika privučeni negativno nabijenim atomima kisika susjednih molekula vode.
Kada je voda topla, molekuli su veoma aktivni,mnogo se kreću, brzo formiraju i razgrađuju veze s drugim molekulima vode. Imaju energiju da priđu jedno drugom i brzo se kreću. Pa zašto led ne tone u vodi? Hemija krije odgovor.
Fizička hemija leda
Kako temperatura vode padne ispod 4 °C, kinetička energija tečnosti se smanjuje, tako da se molekuli više ne kreću. Nemaju energiju za kretanje i lako se raskinu i formiraju veze kao na visokoj temperaturi. Umjesto toga, oni formiraju više vodikovih veza s drugim molekulima vode kako bi formirali heksagonalne rešetkaste strukture.
Oni formiraju ove strukture kako bi razdvojili negativno nabijene molekule kisika. U sredini šesterokuta nastalih kao rezultat aktivnosti molekula, nalazi se puno praznine.
Led tone u vodi - razlozi
Led je zapravo 9% manje gustoće od tekuće vode. Dakle, led zauzima više prostora od vode. Praktično, ovo ima smisla jer se led širi. Zbog toga se ne preporučuje zamrzavanje staklene boce vode - smrznuta voda može stvoriti velike pukotine čak i na betonu. Ako imate litarsku flašu leda i litarsku flašu vode, onda će vam flaša s ledenom vodom biti lakša. Molekuli su u ovom trenutku udaljeniji nego kada je supstanca 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, dobija energiju i molekuli se kreću sve brže i dalje. To je razlog zašto topla voda zauzima više prostora od hladne i pliva iznad hladne vode - ima manju gustinu. Zapamtite, kada ste na jezeru, dok plivate, gornji sloj vode je uvijek lijep i topao, ali kada spustite noge, osjetite hladnoću donjeg sloja.
Značaj procesa zamrzavanja vode u funkcionisanju planete
Uprkos činjenici da je pitanje "Zašto led ne tone u vodi?" za 3. razred, veoma je važno razumjeti zašto se ovaj proces dešava i šta to znači za planetu. Dakle, uzgon leda ima važne implikacije za život na Zemlji. Jezera se zimi zamrzavaju na hladnim mjestima - to omogućava ribama i drugim vodenim životinjama da prežive pod ledenim pokrivačem. Ako bi dno bilo zaleđeno, onda postoji velika vjerovatnoća da bi cijelo jezero moglo biti zaleđeno.
U takvim uslovima ni jedan organizam ne bi preživio.
Ako je gustina leda veća od gustine vode, okeani bi potonuli u ledu, a ledene kape koje bi tada bile na dnu ne bi dozvolile nikome da tamo živi. Dno okeana bi bilo puno leda - i u šta bi se sve to pretvorilo? Između ostalog, polarni led je važan jer reflektuje svetlost i sprečava da planeta Zemlja postane previše vruća.
