Один із найцікавіших фізичних феноменів, пов'язаних з водою, полягає в тому, що лід має більшу щільність, ніж рідка вода. У простих словах це означає, що однакові обсяги льоду і рідкої води важать по-різному. Цей феномен є однією з причин, чому лід плаває на поверхні води і відіграє важливу роль в екологічній стійкості водного середовища.
За звичайних умов рідка вода має особливу структуру, в якій водні молекули поступово переміщуються і взаємодіють один з одним. Однак, коли температура знижується нижче за певну точку, структура води змінюється. Замість переміщення водні молекули починають утворювати впорядковану сітку, яка і створює лід. Ці регулярні структури водних молекул призводять до збільшення обсягу, який займає льодом у порівнянні з водою.
Існує кілька фізичних чинників, що викликають збільшення обсягу льоду. Однією з причин є впорядковане розташування молекул води в лід, яке утворює відкриту структуру з проміжками між частинками, чи то лід чи вода, в яких знаходяться молекули повітря чи інших газів. Ці проміжки зумовлюють нижчу щільність і, отже, більший обсяг льоду проти водою. Також структура льоду змушує його мати регулярну геометричну форму, що призводить до додаткових об'ємних змін.
| Причина | Пояснення |
|---|---|
| Кристалічна структура | Лід утворює кристалічну структуру, в якій молекули води вибудовані в регулярні ґрати зі значними проміжками між ними. |
| Міжмолекулярні сили | Вода в рідкому стані має велику щільність, тому що міжмолекулярні сили тяжіння між молекулами води дозволяють їм бути ближчими один до одного. |
| Зміна обсягу | При заморожуванні молекули води починають рухатися повільніше і займають суворо певні положення, що призводить до збільшення обсягу. |
| Упаковка молекул | Молекули води в рідкому стані ефективніше упаковані, що дозволяє їм займати менший простір. |
| Температура замерзання | Температура замерзання води нижче за кімнатну температуру, тому при зниженні температури вода стає лід, що може призвести до збільшення об'єму. |
Як відомо, вода, замерзаючи і перетворюючись на лід, збільшується в обсязі приблизно на 10%, що пов'язано з утворенням кристалічної структури. Щільність льоду при 0 ° С приблизно на 10% менше щільності води, тому лід не тоне.
Чому вода щільніша за льоду?
Вода розширюється, коли стає льодом, і, оскільки об'єм обернено пропорційний щільності речовини, лід менш щільний, ніж вода. З цієї причини лід, речовина, яка здається важчою, ніж його рідка форма, плаває на воді. Якби вода не розширювалася при замерзанні, лід був би щільнішим за воду. Збережена копія
Що важче за 1 літр води чи льоду?
Справа в тому, що насправді щільність льоду менша, ніж щільність води.
Чому при замерзанні води крига розширюється?
Вся справа у властивостях молекули води. При замерзанні молекули шикуються інакше, ніж вони були в рідині. Нова структура – кристалічні грати, між ланками якої більше простору, ніж у рідкій воді. У результаті лід займає більше простору за тієї ж маси, стає менш щільним та легким.