الثلج وكثافة الماء

لماذا يطفو الجليد فوق الماء ، بدلاً من أن يغرق مثل معظم المواد الصلبة؟ هناك جزءان للإجابة على هذا السؤال. أولاً ، دعنا نلقي نظرة على سبب تعويم أي شيء. ثم ، دعونا نفحص لماذا يطفو الجليد فوق الماء السائل ، بدلاً من الغرق في القاع.

تطفو المادة إذا كانت أقل كثافة ، أو لديها كتلة أقل لكل وحدة حجم ، من المكونات الأخرى في الخليط. على سبيل المثال ، إذا قمت برمي حفنة من الصخور في دلو من الماء ، فإن الصخور هي كثيف بالمقارنة مع الماء ، سوف تغرق. سوف تطفو المياه ، وهي أقل كثافة من الصخور. في الأساس ، تدفع الصخور الماء بعيدًا عن الطريق أو تحل محلها. لكي يتمكن الجسم من الطفو ، يجب أن يحل محل وزن سائل يساوي وزنه.

يصل الماء إلى كثافته القصوى عند 4 درجات مئوية (40 درجة فهرنهايت). عندما يبرد أكثر ويتجمد في الثلج ، يصبح في الواقع أقل كثافة. من ناحية أخرى ، تكون معظم المواد أكثر كثافة في حالتها الصلبة (المجمدة) منها في حالتها السائلة. الماء يختلف بسبب الرابطة الهيدروجينية.

أ جزيء الماء مصنوع من أكسجين واحد ذرة واثنتان من ذرات الهيدروجين مرتبطة ببعضهما البعض بقوة سندات تساهمية. تنجذب جزيئات الماء أيضًا لبعضها البعض بواسطة روابط كيميائية ضعيفة (

الجليد يطفو لأنه أقل كثافة بنسبة 9٪ من الماء السائل. بعبارة أخرى ، يشغل الجليد مساحة أكبر من الماء بنسبة 9٪ تقريبًا ، لذلك يزن لتر الثلج أقل من لتر الماء. الماء الثقيل يحل محل الجليد الأخف ، لذا يطفو الجليد إلى الأعلى. إحدى نتائج ذلك هي أن البحيرات والأنهار تتجمد من الأعلى إلى الأسفل ، مما يسمح للأسماك بالبقاء حتى عندما يتجمد سطح البحيرة. إذا غرق الجليد ، فسيتم تشريد المياه إلى الأعلى وتعرضها لدرجات حرارة أكثر برودة ، مما أجبر الأنهار والبحيرات على الامتلاء بالثلج وتجميد المادة الصلبة.

ومع ذلك ، لا يطفو ثلج الماء على الماء العادي. صنع الثلج باستخدام الماء الثقيل الذي يحتوي على الديوتريوم نظير الهيدروجين ، تغرق في الماء العادي. لا تزال الرابطة الهيدروجينية تحدث ، ولكن لا يكفي لتعويض فرق الكتلة بين الماء العادي والثقيل. يغرق ثلج الماء الثقيل في الماء الثقيل.