Bongkah ais kutub dan bongkah ais hanyut di lautan, malah dalam minuman, ais tidak pernah tenggelam ke dasar. Dapat disimpulkan bahawa ais tidak tenggelam dalam air. kenapa? Jika anda memikirkannya, soalan ini mungkin kelihatan agak pelik, kerana ais adalah pepejal dan - secara intuitif - sepatutnya lebih berat daripada cecair. Walaupun pernyataan ini benar untuk kebanyakan bahan, air adalah pengecualian kepada peraturan. Air dan ais dibezakan oleh ikatan hidrogen, yang menjadikan ais lebih ringan dalam keadaan pepejal berbanding semasa dalam keadaan cair.
Soalan saintifik: mengapa ais tidak tenggelam dalam air
Mari bayangkan bahawa kita berada dalam pelajaran yang dipanggil "The World Around" dalam darjah 3. “Mengapa ais tidak tenggelam dalam air?” guru bertanya kepada kanak-kanak. Dan anak-anak, yang tidak mempunyai pengetahuan mendalam dalam fizik, mula berfikir. "Mungkin itu sihir?" kata salah seorang kanak-kanak itu.
Sememangnya, ais itu sangat luar biasa. Hampir tiada bahan semula jadi lain yang, dalam keadaan pepejal, boleh terapung di permukaan cecair. Ini adalah salah satu sifat yang menjadikan air sebagai bahan yang luar biasa dan, terus terang, ia yang mengubah laluan evolusi planet.
Terdapat beberapa planet yang mengandungi sejumlah besar hidrokarbon cecair seperti ammonia - namun, apabila beku, bahan ini tenggelam ke dasar. Sebab mengapa ais tidak tenggelam dalam air ialah apabila air membeku, ia mengembang, dan dengan itu, ketumpatannya berkurangan. Menariknya, pengembangan ais boleh memecahkan batu - proses glasiasi air sangat luar biasa.
Secara saintifik, proses pembekuan menyediakan kitaran luluhawa yang cepat dan bahan kimia tertentu yang dilepaskan pada permukaan boleh melarutkan mineral. Secara umum, terdapat proses dan kemungkinan yang berkaitan dengan pembekuan air yang tidak ditunjukkan oleh sifat fizikal cecair lain.
Ketumpatan ais dan air
Jadi jawapan mengapa ais tidak tenggelam dalam air tetapi terapung di permukaan ialah ia mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada cecair - tetapi itu jawapan peringkat pertama. Untuk memahami dengan lebih baik, anda perlu tahu mengapa ais mempunyai ketumpatan rendah, mengapa benda terapung di tempat pertama, bagaimana ketumpatan membawa kepada terapung.
Ingatlah seorang genius Yunani Archimedes, yang mendapati bahawa selepas membenamkan objek tertentu dalam air, isipadu air meningkat dengan nombor yang sama dengan isipadu objek yang direndam. Dalam erti kata lain, jika anda meletakkan hidangan yang dalam di atas permukaan air dan kemudian meletakkan objek berat di dalamnya, isipadu air yang akan dituangkan ke dalam pinggan itu akan betul-betul sama dengan isipadu objek. Tidak kira sama ada objek itu tenggelam sepenuhnya atausebahagiannya.
Sifat air
Air ialah bahan menakjubkan yang pada asasnya memberi makan kepada kehidupan di bumi, kerana setiap organisma hidup memerlukannya. Salah satu sifat terpenting air ialah ia mempunyai ketumpatan tertinggi pada 4°C. Oleh itu, air panas atau ais kurang tumpat daripada air sejuk. Bahan yang kurang tumpat terapung di atas bahan yang lebih tumpat.
Sebagai contoh, semasa menyediakan salad, anda akan melihat bahawa minyak berada di permukaan cuka - ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa ia mempunyai ketumpatan yang lebih rendah. Undang-undang yang sama juga sah untuk menjelaskan mengapa ais tidak tenggelam dalam air, tetapi tenggelam dalam petrol dan minyak tanah. Cuma kedua-dua bahan ini mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada ais. Jadi, jika anda membaling bola kembung ke dalam kolam, ia akan terapung di permukaan, tetapi jika anda membaling batu ke dalam air, ia akan tenggelam ke dasar.
Apakah perubahan yang berlaku kepada air apabila ia membeku
Punca ais tidak tenggelam dalam air adalah disebabkan oleh ikatan hidrogen yang berubah apabila air membeku. Seperti yang anda tahu, air terdiri daripada satu atom oksigen dan dua atom hidrogen. Mereka dilekatkan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat. Walau bagaimanapun, jenis ikatan lain yang terbentuk antara molekul yang berbeza, dipanggil ikatan hidrogen, adalah lebih lemah. Ikatan ini terbentuk kerana atom hidrogen bercas positif tertarik kepada atom oksigen bercas negatif molekul air jiran.
Apabila air suam, molekulnya sangat aktif,banyak bergerak, cepat membentuk dan mengurai ikatan dengan molekul air lain. Mereka mempunyai tenaga untuk mendekati satu sama lain dan bergerak dengan pantas. Jadi mengapa ais tidak tenggelam dalam air? Kimia menyembunyikan jawapannya.
Kimia fizikal ais
Apabila suhu air turun di bawah 4 °C, tenaga kinetik cecair berkurangan, jadi molekul tidak lagi bergerak. Mereka tidak mempunyai tenaga untuk bergerak dan semudah pada suhu tinggi untuk memecahkan dan membentuk ikatan. Sebaliknya, ia membentuk lebih banyak ikatan hidrogen dengan molekul air lain untuk membentuk struktur kekisi heksagon.
Ia membentuk struktur ini untuk memisahkan molekul oksigen bercas negatif. Di tengah-tengah heksagon yang terbentuk hasil daripada aktiviti molekul, terdapat banyak kekosongan.
Ais tenggelam dalam air - sebab
Ais sebenarnya 9% kurang tumpat daripada air cecair. Oleh itu, ais mengambil lebih banyak ruang daripada air. Secara praktikal, ini masuk akal kerana ais mengembang. Inilah sebabnya mengapa tidak disyorkan untuk membekukan sebotol kaca air - air beku boleh mencipta keretakan besar walaupun dalam konkrit. Jika anda mempunyai sebotol liter ais dan sebotol air seliter, maka sebotol air ais akan menjadi lebih mudah. Molekul-molekul berada lebih jauh pada ketika ini berbanding apabila bahan berada dalam keadaan cair. Itulah sebabnya ais tidak tenggelam dalam air.
Apabila ais cairstruktur hablur yang stabil rosak dan menjadi lebih tumpat. Apabila air memanaskan sehingga 4°C, ia memperoleh tenaga dan molekul bergerak lebih cepat dan lebih jauh. Inilah sebab mengapa air panas mengambil lebih banyak ruang daripada air sejuk dan terapung di atas air sejuk - ia mempunyai ketumpatan yang kurang. Ingat, apabila anda berada di tasik, semasa berenang, lapisan atas air sentiasa bagus dan hangat, tetapi apabila anda meletakkan kaki anda, anda merasakan kesejukan lapisan bawah.
Kepentingan proses pembekuan air dalam fungsi planet
Walaupun soalan "Mengapa ais tidak tenggelam dalam air?" untuk darjah 3, adalah sangat penting untuk memahami mengapa proses ini berlaku dan maksudnya untuk planet ini. Oleh itu, daya apungan ais mempunyai implikasi penting untuk kehidupan di Bumi. Tasik membeku pada musim sejuk di tempat sejuk - ini membolehkan ikan dan haiwan akuatik lain bertahan di bawah lapisan ais. Jika bahagian bawahnya dibekukan, maka terdapat kebarangkalian tinggi bahawa keseluruhan tasik boleh dibekukan.
Dalam keadaan sedemikian, tiada satu organisma pun akan terselamat.
Jika ketumpatan ais lebih tinggi daripada ketumpatan air, maka lautan akan tenggelam dalam ais, dan lapisan ais yang kemudiannya berada di dasar tidak akan membenarkan sesiapa pun tinggal di sana. Dasar lautan akan penuh dengan ais - dan apakah semuanya akan berubah? Antara lain, ais kutub adalah penting kerana ia memantulkan cahaya dan mengelakkan planet Bumi daripada menjadi terlalu panas.
