لماذا الجليد تعويم؟

الماء هو مركب موجود في ثلاثة أشكال: الصلبة والسائلة والغاز. الشكل الصلب للماء هو الجليد ، والشكل السائل هو الماء ، والشكل الغازي يسمى البخار أو البخار. عادة ، يطفو الجليد على شكل سائل من الماء ، على عكس المواد الصلبة الأخرى التي تغرق عند وضعها على الماء. لقد كان السلوك الفريد للمياه نقاشًا في العديد من المنتديات نظرًا لأن الماء والجليد هما ماء.

لماذا الجليد تعويم؟

يطفو الجليد على الماء لأنه أقل كثافة من الماء. ينص مبدأ أرخميدس على أنه لكي يطفو جسم ما على الماء ، فإنه يجب أن يحل محل كمية متساوية من الماء. عادة ما تكون الأجسام الصلبة أكثر كثافة من السوائل. يتم دعم المنطق بالكيمياء لأن الجزيئات التي تشكل المواد الصلبة ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض ، مما يجعلها أكثر إحكاما. وبالتالي ، فهي أثقل من السوائل والغازات. ومع ذلك ، يعد الجليد استثناء لأنه أقل كثافة من الماء ، وبالتالي يطفو عليه.

في معظم الحالات ، يؤدي تبريد السائل إلى زيادة كثافته حتى يصبح صلبًا. عند هذه النقطة ، يبلغ الحد الأقصى للكثافة. الماء يتصرف بشكل مختلف قليلاً مقارنة بالسوائل الأخرى. بينما تستمر في تبريد الماء ، تزداد كثافته. ومع ذلك ، فبدلاً من الوصول إلى الكثافة القصوى عند تجميدها ، فإنها تصل إلى أعلى كثافة عند 4 درجات مئوية. يؤدي تبريد الماء إلى ما بعد 4 درجات إلى انخفاض في كثافته بسبب الطبيعة الفريدة لروابط الهيدروجين. بحلول الوقت الذي يصبح فيه الماء ثلجًا ، يكون له كثافة أقل من الماء. وبشكل أكثر تحديدًا ، الماء أقل كثافة بنسبة 9٪ من الماء ، وبالتالي يشغل مساحة إضافية بنسبة 9٪. وبالتالي ، يزن لتر من الثلج أقل من لتر من الماء. والسبب في ذلك هو أن روابط الهيدروجين في الماء تكون أكثر إحكاما في شكل سائل ولكنها أقل إحكاما في الحالة الصلبة.

يطفو الجليد أيضًا بسبب تعقيدات الطفو مقابل قوة الجاذبية. قوة الطفو هي "دفعة تصاعدية" لكثافة السائل. من ناحية أخرى ، فإن الجاذبية عبارة عن "سحب تنازلي" يرتبط بكثافة السائل. لكي تطفو مادة صلبة على سائل ، يجب أن يكون الضغط الصعودي أكبر من السحب لأسفل. لذلك ، عندما يوضع الثلج على الماء ، يكون الضغط التصاعدي أكبر من السحب لأسفل.

ما هي أهمية الجليد العائم على الماء؟

الخاصية الفريدة للمياه العائمة على الماء تجعل البقاء على قيد الحياة ممكنًا للأسماك التي تعيش في المسطحات المائية التي تتجمد خلال فصل الشتاء. تتجمد المسطحات المائية من أعلى إلى أسفل مما يسمح للأسماك بالعيش في ظروف طبيعية على الرغم من السطح المتجمد. إذا كان العكس هو الصحيح ، فإن الجليد سيحل الماء إلى الأعلى مما يجعله يتجمد أيضًا. نتيجة لذلك ، تجمدت الأنهار والبحيرات صلبة مما أدى إلى وفاة جميع الكائنات البحرية.