Pravdepodobne ste už stovkykrát alebo tisíce videli ľad plávajúci na vode stovky. Berieme to ako samozrejmosť. No rozmýšľali ste niekedy nad tým, prečo je tomu tak, že sa ľad „vznáša“ na hladinou vody a nepotopí sa? Poďme sa na túto tému pozrieť podrobnejšie s portálom Michigan State University.
Odpoveď nájdeme v hustote
Hustota je jednoduché slovo, s ktorým ste sa bezpochyby už mnohokrát stretli. Skrýva v sebe ale komplexné tajomstvo prírody. Ide o vzťah medzi hmotnosťou látky a objemom, ktorý táto látka zaujíma. Ako možno vypočítať hustotu? Stačí, keď vezmeme hmotnosť objektu a vydelíme ju jeho objemom (D = m/v). Tento zdanlivo jednoduchý koncept má v sebe ale hlboké dôsledky pre pochopenie sveta okolo nás.
Väčšina látok sa stáva hustejšími, keď prechádzajú zo stavu kvapalného do pevného. Keď sa deti pýtajú, či sú horúce veci hustejšie alebo menej husté ako studené, často intuitívne cítia, že chladné veci sú typicky hustejšie. Teplý vzduch stúpa a pri plávaní v jazere je voda hlbšie chladnejšia. Ale prečo potom ľad pláva na hladine? Prečo hustota vody klesá, keď zamrzne?
Kľúčové je poznať tvar molekuly vody a jej polaritu
Kľúč k tomu, aby sme pochopili, ako je možné, že ľad sa nadnáša, je, aby sme vedeli, ako vyzerá molekula vody a v polarite molekúl vody. Molekula vody je zložená z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. Kyslík je v strede a voda ja na neho naviazaná „ako uši“. Dôležité je ešte pochopiť jeden fenomén, ktorým je polarita.
Polarita vo vedeckom kontexte, najmä v chémii a fyzike, sa týka rozdelenia elektrického náboja v molekule tak, že jedna časť molekuly má čiastočný negatívny náboj a iná časť má čiastočný pozitívny náboj. V prípade molekuly vody (H2O) je kyslíkový atóm schopný pritiahnuť k sebe elektróny viac ako vodíkové atómy. To je spôsobené väčšou elektronegativitou kyslíka v porovnaní s vodíkom.
Tento rozdiel v náboji medzi kyslíkom a vodíkom v molekule vody vedie k tvorbe vodíkových väzieb medzi molekulami vody. Pozitívne nabitý vodík jednej molekuly je pritiahnutý k negatívne nabitému kyslíku inej molekuly, čo spôsobuje, že molekuly vody držia pohromade.
V kvapalnom stave sa vodíkové väzby neustále tvoria a rozpadajú, pretože molekuly vody sa pohybujú, čo umožňuje tekutosti prispôsobiť sa rôznym tvarom a objemom. V pevnom stave, ako je ľad, sú molekuly vody menej pohyblivé a vodíkové väzby sa stávajú stabilnejšími, čo vedie k tvorbe kryštalického mriežkového usporiadania s pevnými medzerami, kde môžu byť uväznené vzduchové bubliny.
Tento fenomén je nielen základným príkladom vedeckého princípu, ale má aj hlboké dôsledky pre život na Zemi. Keďže ľad pláva, môže izolovať vodu pod sebou, čo umožňuje životu v chladných vodách prežiť aj počas mrazivých zim. Bez tejto jedinečnej vlastnosti vody, by jazerá a rieky zamrzli odspodu nahor, čo by znamenalo katastrofu pre vodné ekosystémy.
