Blocchi di ghiaccio e iceberg polari vanno alla deriva nell'oceano, e anche nelle bevande il ghiaccio non scende mai sul fondo. Si può concludere che il ghiaccio non affonda nell'acqua. Come mai? A pensarci bene, questa domanda può sembrare un po' strana, perché il ghiaccio è solido e - intuitivamente - dovrebbe essere più pesante del liquido. Sebbene questa affermazione sia vera per la maggior parte delle sostanze, l'acqua è l'eccezione alla regola. Acqua e ghiaccio si distinguono per i legami idrogeno, che rendono il ghiaccio più leggero allo stato solido rispetto a quando è allo stato liquido.
Domanda scientifica: perché il ghiaccio non affonda nell'acqua
Immaginiamo di essere in una lezione chiamata "The World Around" in terza elementare. "Perché il ghiaccio non affonda nell'acqua?" chiede l'insegnante ai bambini. E i ragazzi, non avendo una profonda conoscenza della fisica, iniziano a ragionare. "Forse è magia?" dice uno dei bambini.
In effetti, il ghiaccio è estremamente insolito. Non esistono praticamente altre sostanze naturali che, allo stato solido, potrebbero galleggiare sulla superficie di un liquido. Questa è una delle proprietà che rende l'acqua una sostanza così insolita e, francamente, è ciò che cambia il percorso dell'evoluzione planetaria.
Ci sono alcuni pianeti che contengono enormi quantità di idrocarburi liquidi come l'ammoniaca - tuttavia, quando congelato, questo materiale affonda sul fondo. Il motivo per cui il ghiaccio non affonda nell'acqua è che quando l'acqua si congela, si espande e, con essa, la sua densità diminuisce. È interessante notare che l'espansione del ghiaccio può rompere le rocce: il processo di glaciazione dell'acqua è così insolito.
Scientificamente parlando, il processo di congelamento crea rapidi cicli di alterazione degli agenti atmosferici e alcune sostanze chimiche rilasciate sulla superficie possono dissolvere i minerali. In generale, ci sono processi e possibilità associati al congelamento dell'acqua che le proprietà fisiche di altri liquidi non implicano.
Densità del ghiaccio e dell'acqua
Quindi la risposta al motivo per cui il ghiaccio non affonda nell'acqua ma galleggia in superficie è che ha una densità inferiore rispetto al liquido, ma questa è una risposta di primo livello. Per capire meglio, devi sapere perché il ghiaccio ha una bassa densità, perché le cose galleggiano in primo luogo, come la densità porta a fluttuare.
Ricorda il genio greco Archimede, che scoprì che dopo aver immerso un certo oggetto nell'acqua, il volume dell'acqua aumenta di un numero pari al volume dell'oggetto immerso. In altre parole, se si posiziona un piatto fondo sulla superficie dell'acqua e poi ci si inserisce un oggetto pesante, il volume d'acqua che verrà versato nel piatto sarà esattamente uguale al volume dell'oggetto. Non importa se l'oggetto è completamente sommerso oparzialmente.
Proprietà dell'acqua
L'acqua è una sostanza straordinaria che fondamentalmente nutre la vita sulla terra, perché ogni organismo vivente ne ha bisogno. Una delle proprietà più importanti dell'acqua è che ha la densità più alta a 4°C. Pertanto, l'acqua calda o il ghiaccio sono meno densi dell'acqua fredda. Sostanze meno dense galleggiano sopra sostanze più dense.
Ad esempio, mentre prepari un'insalata, noterai che l'olio è sulla superficie dell'aceto - questo può essere spiegato dal fatto che ha una densità inferiore. La stessa legge vale anche per spiegare perché il ghiaccio non affonda nell'acqua, ma affonda nella benzina e nel cherosene. È solo che queste due sostanze hanno una densità inferiore al ghiaccio. Quindi, se lanci una palla gonfiabile nella piscina, galleggerà in superficie, ma se lanci un sasso nell'acqua, affonderà sul fondo.
Quali cambiamenti accadono all'acqua quando si congela
Il motivo per cui il ghiaccio non affonda nell'acqua è dovuto ai legami idrogeno che cambiano quando l'acqua si congela. Come sapete, l'acqua è composta da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno. Sono legati da legami covalenti incredibilmente forti. Tuttavia, l' altro tipo di legame che si forma tra diverse molecole, chiamato legame a idrogeno, è più debole. Questi legami si formano perché gli atomi di idrogeno caricati positivamente sono attratti dagli atomi di ossigeno caricati negativamente delle molecole d'acqua vicine.
Quando l'acqua è calda, le molecole sono molto attive,muoversi molto, formare e decomporre rapidamente legami con altre molecole d'acqua. Hanno l'energia per avvicinarsi l'un l' altro e muoversi rapidamente. Allora perché il ghiaccio non affonda nell'acqua? La chimica nasconde la risposta.
Chimica fisica del ghiaccio
Quando la temperatura dell'acqua scende sotto i 4 °C, l'energia cinetica del liquido diminuisce, quindi le molecole non si muovono più. Non hanno l'energia per muoversi e sono facili come ad alta temperatura da rompere e formare legami. Invece, formano più legami idrogeno con altre molecole d'acqua per formare strutture reticolari esagonali.
Formano queste strutture per tenere separate le molecole di ossigeno con carica negativa. Nel mezzo degli esagoni formatisi a seguito dell'attività delle molecole, c'è molto vuoto.
Il ghiaccio affonda nell'acqua - ragioni
Il ghiaccio è in re altà il 9% meno denso dell'acqua liquida. Pertanto, il ghiaccio occupa più spazio dell'acqua. In pratica, questo ha senso perché il ghiaccio si espande. Questo è il motivo per cui non è consigliabile congelare una bottiglia d'acqua di vetro: l'acqua congelata può creare grandi crepe anche nel cemento. Se hai una bottiglia da un litro di ghiaccio e una bottiglia da un litro d'acqua, una bottiglia d'acqua ghiacciata sarà più facile. Le molecole sono più distanti a questo punto rispetto a quando la sostanza è allo stato liquido. Ecco perché il ghiaccio non affonda nell'acqua.
Quando il ghiaccio si sciogliela struttura cristallina stabile si rompe e diventa più densa. Quando l'acqua si riscalda fino a 4°C, acquista energia e le molecole si muovono sempre più velocemente. Questo è il motivo per cui l'acqua calda occupa più spazio dell'acqua fredda e galleggia sopra l'acqua fredda: ha una densità minore. Ricorda, quando sei sul lago, mentre nuoti, lo strato superiore dell'acqua è sempre bello e caldo, ma quando metti giù i piedi, senti il freddo dello strato inferiore.
Il significato del processo di congelamento dell'acqua nel funzionamento del pianeta
Nonostante il fatto che la domanda "Perché il ghiaccio non affonda nell'acqua?" per il grado 3, è molto importante capire perché questo processo sta avvenendo e cosa significa per il pianeta. Pertanto, la galleggiabilità del ghiaccio ha importanti implicazioni per la vita sulla Terra. I laghi si congelano in inverno nei luoghi freddi: ciò consente ai pesci e ad altri animali acquatici di sopravvivere sotto la calotta glaciale. Se il fondo fosse ghiacciato, allora c'è un' alta probabilità che l'intero lago possa essere ghiacciato.
In tali condizioni, nessun organismo sarebbe sopravvissuto.
Se la densità del ghiaccio fosse maggiore della densità dell'acqua, gli oceani affonderebbero nel ghiaccio e le calotte di ghiaccio che sarebbero poi sul fondo non permetterebbero a nessuno di viverci. Il fondo dell'oceano sarebbe pieno di ghiaccio - e in cosa si trasformerebbe tutto questo? Tra le altre cose, il ghiaccio polare è importante perché riflette la luce e impedisce al pianeta Terra di diventare troppo caldo.
