Polare Eisblöcke und Eisberge treiben im Ozean, und selbst in Getränken sinkt das Eis nie auf den Grund. Daraus lässt sich schließen, dass Eis nicht in Wasser sinkt. Wieso den? Wenn Sie darüber nachdenken, mag diese Frage etwas seltsam erscheinen, denn Eis ist fest und sollte – intuitiv – schwerer als Flüssigkeit sein. Während diese Aussage für die meisten Substanzen gilt, ist Wasser die Ausnahme von der Regel. Wasser und Eis zeichnen sich durch Wasserstoffbrückenbindungen aus, die das Eis im festen Zustand leichter machen als im flüssigen Zustand.
Wissenschaftliche Frage: Warum sinkt Eis nicht in Wasser
Stellen wir uns vor, wir befinden uns in der 3. Klasse in einer Unterrichtsstunde namens "The World Around". „Warum sinkt Eis nicht in Wasser?“, fragt die Lehrerin die Kinder. Und die Kinder, die keine tiefen Kenntnisse in Physik haben, beginnen zu argumentieren. "Vielleicht ist es Magie?" sagt eines der Kinder.
Tatsächlich ist das Eis extrem ungewöhnlich. Es gibt praktisch keine anderen Naturstoffe, die im festen Zustand auf der Oberfläche einer Flüssigkeit schwimmen könnten. Dies ist eine der Eigenschaften, die Wasser zu einer so ungewöhnlichen Substanz machen, und ehrlich gesagt ist es das, was den Weg der planetaren Evolution verändert.
Es gibt einige Planeten, die riesige Mengen an flüssigen Kohlenwasserstoffen wie Ammoniak enth alten - aber wenn dieses Material gefroren ist, sinkt es zu Boden. Der Grund, warum Eis nicht in Wasser sinkt, ist, dass es sich beim Gefrieren ausdehnt und damit seine Dichte abnimmt. Interessanterweise kann die Ausdehnung von Eis Felsen brechen - der Prozess der Vereisung von Wasser ist so ungewöhnlich.
Wissenschaftlich gesehen setzt der Gefrierprozess schnelle Verwitterungszyklen in Gang und bestimmte Chemikalien, die an der Oberfläche freigesetzt werden, können Mineralien auflösen. Generell gibt es beim Gefrieren von Wasser Prozesse und Möglichkeiten, die die physikalischen Eigenschaften anderer Flüssigkeiten nicht implizieren.
Dichte von Eis und Wasser
Also ist die Antwort darauf, warum Eis nicht in Wasser sinkt, sondern auf der Oberfläche schwimmt, dass es eine geringere Dichte als Flüssigkeit hat - aber das ist eine erste Antwort. Um besser zu verstehen, müssen Sie wissen, warum Eis eine geringe Dichte hat, warum Dinge überhaupt schweben, wie Dichte zum Schweben führt.
Erinnern Sie sich an das griechische Genie Archimedes, der herausfand, dass nach dem Eintauchen eines bestimmten Objekts in Wasser das Wasservolumen um eine Zahl zunimmt, die dem Volumen des eingetauchten Objekts entspricht. Mit anderen Worten, wenn Sie eine tiefe Schale auf die Wasseroberfläche stellen und dann einen schweren Gegenstand hineinstellen, entspricht das Wasservolumen, das in die Schale gegossen wird, genau dem Volumen des Gegenstands. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Objekt komplett untergetaucht ist oderteilweise.
Eigenschaften von Wasser
Wasser ist eine erstaunliche Substanz, die das Leben auf der Erde im Grunde ernährt, weil jeder lebende Organismus es braucht. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Wasser ist, dass es bei 4°C die höchste Dichte hat. Heißes Wasser oder Eis hat also eine geringere Dichte als k altes Wasser. Weniger dichte Substanzen schwimmen auf dichteren Substanzen.
Zum Beispiel beim Zubereiten eines Salats werden Sie feststellen, dass sich das Öl auf der Oberfläche des Essigs befindet - dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass er eine geringere Dichte hat. Dasselbe Gesetz gilt auch für die Erklärung, warum Eis nicht in Wasser sinkt, sondern in Benzin und Kerosin. Nur haben diese beiden Stoffe eine geringere Dichte als Eis. Wenn Sie also einen aufblasbaren Ball in den Pool werfen, schwimmt er an der Oberfläche, aber wenn Sie einen Stein ins Wasser werfen, sinkt er auf den Grund.
Was ändert sich mit Wasser, wenn es gefriert
Der Grund, warum Eis nicht in Wasser sinkt, sind die Wasserstoffbrückenbindungen, die sich beim Gefrieren von Wasser verändern. Wie Sie wissen, besteht Wasser aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Sie sind durch kovalente Bindungen verbunden, die unglaublich stark sind. Die andere Art von Bindung, die sich zwischen verschiedenen Molekülen bildet, die sogenannte Wasserstoffbrücke, ist jedoch schwächer. Diese Bindungen entstehen, weil die positiv geladenen Wasserstoffatome von den negativ geladenen Sauerstoffatomen benachbarter Wassermoleküle angezogen werden.
Wenn das Wasser warm ist, sind die Moleküle sehr aktiv,viel bewegen, schnell Bindungen mit anderen Wassermolekülen eingehen und wieder abbauen. Sie haben die Energie, aufeinander zuzugehen und sich schnell zu bewegen. Warum sinkt Eis nicht in Wasser? Die Chemie verbirgt die Antwort.
Physikalische Chemie des Eises
Wenn die Wassertemperatur unter 4 °C sinkt, nimmt die kinetische Energie der Flüssigkeit ab, sodass sich die Moleküle nicht mehr bewegen. Sie haben nicht die Energie, sich zu bewegen, und können so leicht wie bei hohen Temperaturen brechen und Bindungen bilden. Stattdessen bilden sie mehr Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Wassermolekülen, um hexagonale Gitterstrukturen zu bilden.
Sie bilden diese Strukturen, um negativ geladene Sauerstoffmoleküle auseinanderzuh alten. In der Mitte der Sechsecke, die durch die Aktivität von Molekülen entstanden sind, gibt es viel Leere.
Eis versinkt im Wasser - Gründe
Eis hat tatsächlich 9 % weniger Dichte als flüssiges Wasser. Daher nimmt Eis mehr Platz ein als Wasser. Praktisch macht das Sinn, weil sich das Eis ausdehnt. Aus diesem Grund ist es nicht empfehlenswert, eine Glasflasche mit Wasser einzufrieren – gefrorenes Wasser kann selbst in Beton große Risse verursachen. Wenn Sie eine Literflasche Eis und eine Literflasche Wasser haben, ist eine Eiswasserflasche einfacher. Die Moleküle sind an dieser Stelle weiter voneinander entfernt als im flüssigen Zustand. Deshalb sinkt Eis nicht in Wasser.
Wenn das Eis schmilztdie stabile Kristallstruktur bricht zusammen und wird dichter. Wenn sich das Wasser auf 4°C erwärmt, gewinnt es Energie und die Moleküle bewegen sich schneller und weiter. Aus diesem Grund nimmt heißes Wasser mehr Platz ein als k altes Wasser und schwimmt auf k altem Wasser – es hat eine geringere Dichte. Denken Sie daran, wenn Sie auf dem See sind, ist die obere Wasserschicht beim Schwimmen immer schön warm, aber wenn Sie Ihre Füße absetzen, spüren Sie die Kälte der unteren Schicht.
Die Bedeutung des Gefrierprozesses von Wasser für das Funktionieren des Planeten
Obwohl die Frage "Warum sinkt Eis nicht in Wasser?" Für Klasse 3 ist es sehr wichtig zu verstehen, warum dieser Prozess stattfindet und was er für den Planeten bedeutet. Daher hat der Auftrieb des Eises wichtige Auswirkungen auf das Leben auf der Erde. Seen frieren im Winter an k alten Orten zu – so können Fische und andere Wassertiere unter der Eisdecke überleben. Wenn der Grund gefroren wäre, dann könnte mit hoher Wahrscheinlichkeit der gesamte See gefroren sein.
Unter solchen Bedingungen hätte kein einziger Organismus überlebt.
Wenn die Dichte des Eises höher wäre als die Dichte des Wassers, dann würden die Ozeane im Eis versinken und die Eiskappen, die dann unten wären, würden es niemandem erlauben, dort zu leben. Der Meeresboden wäre voller Eis – und was würde daraus werden? Polareis ist unter anderem wichtig, weil es Licht reflektiert und verhindert, dass der Planet Erde zu heiß wird.
