Защо ледът плува над водата, вместо да потъва като повечето твърди частици? В отговора на този въпрос има две части. Първо, нека да разгледаме защо нещо плава. След това, нека да разгледаме защо ледът плава отгоре на течна вода, вместо да потъва на дъното.
Защо ледът плава
Веществото плава, ако е по-малко плътно или има по-малка маса на единица обем, отколкото другите компоненти в сместа. Например, ако хвърлите шепа скали в кофа с вода, скалите, които са плътен в сравнение с водата, ще потъне. Водата, която е по-малко гъста от скалите, ще плава. По принцип скалите изтласкват водата от пътя или я изместват. За да може предмет да плава, той трябва да измести течност, равна на собственото му тегло.
Водата достига максималната си плътност при 4 ° C (40 ° F). Докато се охлажда допълнително и замръзва в лед, той всъщност става по-малко плътен. От друга страна, повечето вещества са най-плътни в твърдото си (замразено) състояние, отколкото в течното си състояние. Водата е различна заради водородна връзка.
А водна молекула се прави от един кислород атом и два водородни атома силно свързани помежду си с ковалентни връзки. Водните молекули също се привличат помежду си чрез по-слаби химически връзки (водородни връзки) между положително заредения водород атома и отрицателно начислените кислородни атоми от съседните водни молекули. Тъй като водата се охлажда до под 4 ° С, водородните връзки се настройват, за да държат отрицателно заредените кислородни атоми един от друг. Така се получава кристална решетка, обикновено известна като лед.
Ледът плава, защото е с около 9% по-малко гъст от течната вода. С други думи, ледът заема около 9% повече пространство от водата, така че литър лед тежи по-малко от литър вода. По-тежката вода измества по-лекия лед, така че ледът плава към върха. Едно от последствията от това е, че езерата и реките замръзват отгоре надолу, което позволява на рибите да оцелеят, дори когато повърхността на езерото е замръзнала. Ако ледът потъне, водата ще бъде изместена до върха и изложена на по-студена температура, принуждавайки реките и езерата да се напълнят с лед и да замръзнат твърди.
Тежки водни ледени мивки
Не всички водни ледове обаче плуват в обикновена вода. Лед, приготвен с помощта на тежка вода, която съдържа водороден изотоп деутерий, потъва в обикновена вода. Водородното свързване все още се осъществява, но не е достатъчно, за да се компенсира разликата в масата между нормална и тежка вода. Тежки водни ледове потъват в тежка вода.