Blocs de gel polar i icebergs a la deriva a l'oceà, i fins i tot a les begudes el gel mai s'enfonsa al fons. Es pot concloure que el gel no s'enfonsa a l'aigua. Per què? Si hi penseu bé, aquesta pregunta pot semblar una mica estranya, perquè el gel és sòlid i, intuïtivament, hauria de ser més pesat que el líquid. Tot i que aquesta afirmació és certa per a la majoria de substàncies, l'aigua és l'excepció a la regla. L'aigua i el gel es distingeixen pels ponts d'hidrogen, que fan que el gel sigui més lleuger en estat sòlid que quan està en estat líquid.
Pregunta científica: per què el gel no s'enfonsa a l'aigua
Imaginem que estem en una lliçó anomenada "El món al voltant" a 3r de primària. “Per què el gel no s'enfonsa a l'aigua?”, pregunta la mestra als nens. I els nens, que no tenen coneixements profunds de física, comencen a raonar. "Potser és màgia?" diu un dels nens.
De fet, el gel és extremadament inusual. Pràcticament no hi ha altres substàncies naturals que, en estat sòlid, puguin surar a la superfície d'un líquid. Aquesta és una de les propietats que fa de l'aigua una substància tan inusual i, francament, és la que canvia el camí de l'evolució planetària.
Hi ha alguns planetes que contenen grans quantitats d'hidrocarburs líquids com l'amoníac, però, quan es congela, aquest material s'enfonsa al fons. La raó per la qual el gel no s'enfonsa a l'aigua és que quan l'aigua es congela, s'expandeix i, amb ella, disminueix la seva densitat. Curiosament, l'expansió del gel pot trencar roques: el procés de glaciació de l'aigua és tan inusual.
Centíficament parlant, el procés de congelació estableix cicles de meteorització ràpids i determinades substàncies químiques alliberades a la superfície poden dissoldre els minerals. En general, hi ha processos i possibilitats associats a la congelació de l'aigua que les propietats físiques d' altres líquids no impliquen.
Densitat de gel i aigua
Així que la resposta a per què el gel no s'enfonsa a l'aigua sinó que flota a la superfície és que té una densitat inferior a la del líquid, però aquesta és una resposta de primer nivell. Per entendre millor, heu de saber per què el gel té una densitat baixa, per què les coses floten en primer lloc, com la densitat fa que surti.
Recordeu el geni grec Arquímedes, que va descobrir que després de submergir un determinat objecte a l'aigua, el volum d'aigua augmenta en un nombre igual al volum de l'objecte immers. En altres paraules, si col·loqueu un plat profund a la superfície de l'aigua i després hi poseu un objecte pesat, el volum d'aigua que s'abocarà al plat serà exactament igual al volum de l'objecte. No importa si l'objecte està completament submergit oparcialment.
Propietats de l'aigua
L'aigua és una substància sorprenent que bàsicament alimenta la vida a la terra, perquè tot organisme viu la necessita. Una de les propietats més importants de l'aigua és que té la densitat més alta a 4 °C. Així, l'aigua calenta o el gel és menys densa que l'aigua freda. Les substàncies menys denses suren a sobre de les més denses.
Per exemple, mentre prepareu una amanida, notareu que l'oli està a la superfície del vinagre, això s'explica pel fet que té una densitat més baixa. La mateixa llei també val per explicar per què el gel no s'enfonsa a l'aigua, sinó que s'enfonsa a la gasolina i el querosè. És que aquestes dues substàncies tenen una densitat inferior a la del gel. Per tant, si llances una bola inflable a la piscina, flotarà a la superfície, però si llences una pedra a l'aigua, s'enfonsarà al fons.
Quins canvis succeeixen a l'aigua quan es congela
El motiu pel qual el gel no s'enfonsa a l'aigua es deu als ponts d'hidrogen que canvien quan l'aigua es congela. Com sabeu, l'aigua consta d'un àtom d'oxigen i dos d'hidrogen. Estan units per enllaços covalents que són increïblement forts. Tanmateix, l' altre tipus d'enllaç que es forma entre diferents molècules, anomenat enllaç d'hidrogen, és més feble. Aquests enllaços es formen perquè els àtoms d'hidrogen carregats positivament són atrets pels àtoms d'oxigen carregats negativament de les molècules d'aigua veïnes.
Quan l'aigua és calenta, les molècules són molt actives,es mou molt, formen i descomponen ràpidament enllaços amb altres molècules d'aigua. Tenen l'energia per apropar-se i moure's ràpidament. Aleshores, per què el gel no s'enfonsa a l'aigua? La química amaga la resposta.
Química física del gel
A mesura que la temperatura de l'aigua baixa per sota dels 4 °C, l'energia cinètica del líquid disminueix, de manera que les molècules ja no es mouen. No tenen energia per moure's i són tan fàcils com a alta temperatura de trencar i formar enllaços. En canvi, formen més enllaços d'hidrogen amb altres molècules d'aigua per formar estructures de gelosia hexagonal.
Formen aquestes estructures per mantenir separades les molècules d'oxigen carregades negativament. Al mig dels hexàgons formats com a resultat de l'activitat de les molècules, hi ha molt buit.
El gel s'enfonsa a l'aigua - motius
El gel és un 9% menys dens que l'aigua líquida. Per tant, el gel ocupa més espai que l'aigua. Pràcticament, això té sentit perquè el gel s'expandeix. És per això que no es recomana congelar una ampolla de vidre d'aigua: l'aigua congelada pot crear grans esquerdes fins i tot al formigó. Si teniu una ampolla de gel i una d'aigua, una ampolla d'aigua amb gel serà més fàcil. Les molècules estan més allunyades en aquest punt que quan la substància es troba en estat líquid. És per això que el gel no s'enfonsa a l'aigua.
Quan el gel es fonl'estructura cristal·lina estable es trenca i es fa més densa. Quan l'aigua s'escalfa fins a 4 °C, guanya energia i les molècules es mouen més ràpid i més lluny. Aquesta és la raó per la qual l'aigua calenta ocupa més espai que l'aigua freda i flota sobre l'aigua freda: té menys densitat. Recordeu que quan esteu al llac, mentre nedeu, la capa superior d'aigua sempre és agradable i càlida, però quan baixeu els peus, sentiu la fredor de la capa inferior.
La importància del procés de congelació de l'aigua en el funcionament del planeta
Malgrat que la pregunta "Per què el gel no s'enfonsa a l'aigua?" per a 3r, és molt important entendre per què està passant aquest procés i què significa per al planeta. Per tant, la flotabilitat del gel té implicacions importants per a la vida a la Terra. Els llacs es gelen a l'hivern en llocs freds; això permet que els peixos i altres animals aquàtics sobrevisquin sota la capa de gel. Si el fons estigués congelat, hi ha una alta probabilitat que tot el llac es pugui congelar.
En aquestes condicions, ni un sol organisme hauria sobreviscut.
Si la densitat del gel fos més gran que la de l'aigua, els oceans s'enfonsarien en el gel i els casquets de gel que hi hauria al fons no permetrien que ningú hi visqui. El fons de l'oceà estaria ple de gel, i en què es convertiria tot? Entre altres coses, el gel polar és important perquè reflecteix la llum i evita que el planeta Terra s'escalfi massa.
