Tabla de Contenidos
Varför flyter is ovanpå vatten istället för att sjunka som de flesta fasta ämnen? Det finns två delar till svaret på denna fråga: först ska vi ta reda på varför något flyter, och sedan ska vi undersöka varför is flyter ovanpå flytande vatten istället för att sjunka till botten.
Varför flyter is?
Ett ämne flyter om det är mindre tätt eller har mindre massa per volymenhet än de andra komponenterna i blandningen. Till exempel, om en handfull stenar tappas i en hink med vatten, sjunker stenarna, som är tätare jämfört med vatten. Vatten, som är mindre tätt än stenar, kommer att flyta. I grund och botten trycker stenarna ut vattnet ur behållaren eller förskjuter det. För att ett föremål ska flyta måste det förskjuta en vikt av vätska som är lika med dess egen vikt.
Vatten når sin maximala densitet vid en temperatur på 4°C (40°F). När det blir kallare och fryser, förvandlas det till is, som faktiskt är mindre tät än vatten. För de flesta ämnen ökar densiteten i deras fasta (frusna) tillstånd, det vill säga de är vanligtvis tätare än i flytande tillstånd. Vatten är annorlunda på grund av vätebindningarna.
En vattenmolekyl består av en syreatom och två väteatomer som är starkt bundna med kovalenta bindningar. Vattenmolekyler attraheras också av kemiska bindningar som är mycket svagare än kovalenta, så kallade vätebindningar . Denna attraktion sker mellan de väteatomer som har positiva laddningar och syreatomerna i närliggande vattenmolekyler som har negativa laddningar. När vattnet svalnar under 4 °C omarrangeras vätebindningarna för att hålla isär de negativt laddade syreatomerna. Allt detta producerar ett nätverk av kristaller som vanligtvis kallas is.
Is flyter eftersom den är cirka 9 % mindre tät än flytande vatten. Med andra ord tar is upp cirka 9 % mer plats än vatten, så en liter is väger mindre än en liter vatten. Det tyngre vattnet tränger undan den lättare isen, så isen flyter på vattenytan. En konsekvens av detta ses i sjöar och floder, som fryser uppifrån och ner, vilket gör att fisken kan överleva även när ytan på en sjö har frusit. Om isen skulle sjunka skulle vatten flytta till ytan och utsättas för kallare temperaturer, vilket gör att floder och sjöar fryser till.
Tung vattenis sjunker ner i flytande vatten
Men allt vatten i form av is eller i fast tillstånd flyter inte på ytan av normalt vatten. Is gjord med tungt vatten, det vill säga den som innehåller väteisotopen deuterium, sjunker i normalt vatten. Vätebindningar förekommer fortfarande i denna typ av vatten, men inte i tillräckligt antal för att kompensera för skillnaden i massa mellan normalt vatten och tungt vatten. Därför sjunker även tung vattenis i flytande vatten.
