Kenapa Ice Float On Water?

Anonim

Dari ais gunung gergasi hingga kiub kecil, ais - bentuk air beku - sentiasa mengapung pada bentuk cecairnya. Bukankah itu pelik?

Kami bukan satu-satunya yang menganggapnya luar biasa; seluruh dunia mendapati ia agak mengejutkan bahawa pepejal harus terapung pada bentuk cecairnya. Lakukan carian Google yang cepat dan anda akan mendapati berpuluh-puluh halaman membincangkan kecenderungan ais yang aneh ini.

Seperti ternyata, seperti segala yang lain, terdapat sebab saintifik di sebalik fenomena ini. Tapi mula-mula, mari jelas tentang apa yang membuat barang terapung atau terapung.

Peraturan tunggal ibu jari, apabila ia berkaitan dengan keupayaan sesuatu objek untuk terapung di dalam air (atau sebarang cecair lain), menyangkut ketumpatan objek yang dipersoalkan. Pernahkah anda mendengar Prinsip Archimedes?

Prinsip Archimedes menyatakan bahawa untuk objek terapung di atas air, ia mesti mengganti jumlah air yang sama. Dalam erti kata lain, anda boleh mengatakan bahawa nasib objek di dalam badan air diputuskan oleh Prinsip Archimedes.

Pengetahuan umum bahawa objek pepejal mempunyai ketumpatan yang lebih ketara berbanding rakan sebaya cairnya. Secara kimia, ini juga masuk akal. Molekul lebih terikat dengan satu sama lain dengan cara yang jelas dalam pepejal, yang menjadikan mereka tegar dan memberi mereka lebih banyak berat badan. Semua bahan biasa yang kita lihat dan perhatikan dalam kehidupan seharian mengikuti prinsip asas ini: objek padat lebih padat dan lebih berat daripada cecair.

Memandangkan itu, mengapa ais - yang padat - terapung di atas air? Sekiranya tidak ia tenggelam, sebagai pepejal, dan menurut konvensyen umum, juga mempunyai lebih banyak kepadatan?

Maklumat Air Sedikit

Grafik menunjukkan bagaimana ketumpatan berbeza dengan perubahan suhu

Sekiranya anda terus menyejukkan air melewati 4 darjah Celcius, ketumpatannya akan berkurang (anda dapat lihat ini dalam graf). Pada sifar darjah, iaitu, suhu di mana air menjadi ais, ketumpatan air sebenarnya agak rendah.

Ternyata ais mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada air, dan objek yang mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada bentuk cair yang disimpannya (dalam kes ini, air) akan dapat terapung!

Tetapi kenapa ketumpatan ais kurang daripada air?

Molekul air diperbuat daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen

Atom oksigen yang dikenakan secara negatif mengikat kuat dengan atom hidrogen, membentuk ikatan hidrogen yang kuat.

Apabila cecair disejukkan, makin banyak molekul dibawa bersama dan perlu ditempatkan di kawasan yang lebih kecil. Ini memberikan lebih banyak kepadatan pepejal daripada bentuk cecair mereka. Walau bagaimanapun, dalam kes air, atom oksigen yang dikenakan secara negatif menampar satu sama lain (apabila dibawa bersama dalam ruang yang lebih kecil) untuk menghalang ais daripada menjadi lebih padat. Inilah sebabnya ketumpatan sebenarnya menurun apabila suhu terus jatuh di bawah 4 darjah Celsius.