WHY ICE FLOATS

Can you imagine how different the world around you would be if ice sank? For one thing, lakes would freeze from the bottom. Chemistry holds the explanation for why ice floats, while most substances sink when they freeze.

Czy wyobrażasz sobie, jak bardzo świat wokół ciebie byłby inny, gdyby lód zatonął? Z jednej strony jeziora zamarzałyby się od dołu. Chemia zawiera wyjaśnienie, dlaczego lód płynie, podczas gdy większość substancji zatapia się, gdy zamarzają.

A substance floats if it is less dense, or has less mass per unit volume, than other components in a mixture. For example, if you toss a handful of rocks into a bucket of water, the rocks, which are dense compared to the water, will sink.

The water, which is less dense than the rocks, will float. Basically, the rocks push the water out of the way or displace it. For an object to be able to float, it has to displace a weight of fluid equal to its own weight.

Water reaches its maximum density at 4 C (40 F). As it cools further and freezes into ice, it actually becomes less dense. On the other hand, most substances are most dense in their solid (frozen) state than in their liquid state. Water is different because of hydrogen bonding.

A water molecule is made from one oxygen atom and two hydrogen atoms, strongly joined to each other with covalent bonds. Water molecules are also attracted to each other by weaker chemical bonds (hydrogen bonds) between the positively-charged hydrogen atoms and the negatively-charged oxygen atoms of neighboring water molecules. As water cools below 4 C, the hydrogen bonds adjust to hold the negatively charged oxygen atoms apart.

This produces a crystal lattice, which is commonly known as 'ice'.

Ice floats because it is about 9% less dense than liquid water. In other words, ice takes up about 9% more space than water, so a liter of ice weighs less than a liter water. The heavier water displaces the lighter ice, so ice floats to the top.

One consequence of this is that lakes and rivers freeze from top to bottom, allowing fish to survive even when the surface of a lake has frozen over. If ice sank, the water would be displaced to the top and exposed to the colder temperature, forcing rivers and lakes to fill with ice and freeze solid.

Substancja płynie, jeśli jest mniej gęsta lub ma mniejszą masę na jednostkę objętości niż inne składniki mieszaniny. Na przykład, jeśli rzucisz garść skał do wiadra wody, skały, które są gęste w porównaniu do wody, zatoną.

Woda, która jest mniej gęsta niż skały, unosi się. Zasadniczo skały wypychają wodę z drogi lub wyrzucają ją. Aby obiekt mógł pływać, musi wydzielić masę płynu równą jego własnej masie.
Woda osiąga maksymalną gęstość w temperaturze 4 ° C (40 ° F). Gdy schłodzi się dalej i zamarza w lodzie, staje się on mniej gęsty. Z drugiej strony, większość substancji jest najbardziej gęsta w stanie stałym (zamrożonym) niż w stanie płynnym. Woda jest inna z powodu wiązania wodorowego.
Cząsteczka wody składa się z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru, silnie połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. Cząsteczki wody są przyciągane ze sobą słabymi związkami chemicznymi (wiązaniami wodorowymi) między dodatnio naładowanymi atomami wodoru i ujemnie naładowanymi atomami tlenu sąsiadujących cząsteczek wody. Gdy woda się ochładza poniżej 4 ° C, wiązania wodorowe dostosowują się, aby oddzielać ładunki ujemnie naładowane tlenu.
Powoduje to krystaliczną siatkę, która jest powszechnie znana jako "lód".
Lód unosi się, ponieważ jest o 9% mniej gęsty niż woda ciekła. Innymi słowy, lód zajmuje około 9% więcej miejsca niż woda, więc litr lodu waży mniej niż 1 litr wody. Większa woda wypiera lżejszy lód, więc lód płynie na szczyt.
Jedną z konsekwencji tego jest fakt, że jeziora i rzeki zamarzają od góry do dołu, pozwalając rybom przetrwać nawet wtedy, gdy powierzchnia jeziora zamarzła. Jeśli zatopiony zostanie lod, woda zostanie wysunięta na szczyt i wystawiona na działanie chłodniejszej temperatury, zmuszając rzeki i jeziora do napełnienia lodem i zamrożeniu ciała stałego.