Blok es kutub dan gunung es melayang di lautan, dan bahkan dalam minuman es tidak pernah tenggelam ke dasar. Dapat disimpulkan bahwa es tidak tenggelam dalam air. Mengapa? Jika Anda memikirkannya, pertanyaan ini mungkin tampak sedikit aneh, karena es itu padat dan - secara intuitif - seharusnya lebih berat daripada cairan. Meskipun pernyataan ini benar untuk sebagian besar zat, air adalah pengecualian untuk aturan tersebut. Air dan es dibedakan oleh ikatan hidrogen, yang membuat es lebih ringan dalam keadaan padat daripada ketika dalam keadaan cair.
Pertanyaan ilmiah: mengapa es tidak tenggelam dalam air
Mari kita bayangkan bahwa kita berada dalam pelajaran yang disebut "Dunia Sekitar" di kelas 3. “Mengapa es tidak tenggelam dalam air?” tanya guru kepada anak-anak. Dan anak-anak, yang tidak memiliki pengetahuan mendalam tentang fisika, mulai bernalar. "Mungkin itu sihir?" kata salah satu anak.
Memang, es itu sangat tidak biasa. Praktis tidak ada zat alami lain yang, dalam keadaan padat, dapat mengapung di permukaan cairan. Ini adalah salah satu sifat yang membuat air menjadi zat yang tidak biasa dan, sejujurnya, inilah yang mengubah jalur evolusi planet.
Ada beberapa planet yang mengandung sejumlah besar hidrokarbon cair seperti amonia - namun, ketika beku, bahan ini tenggelam ke dasar. Alasan mengapa es tidak tenggelam dalam air adalah karena ketika air membeku, ia memuai, dan dengan itu, kepadatannya berkurang. Menariknya, perluasan es dapat memecahkan batu - proses glasiasi air sangat tidak biasa.
Secara ilmiah, proses pembekuan membentuk siklus pelapukan yang cepat dan bahan kimia tertentu yang dilepaskan di permukaan dapat melarutkan mineral. Secara umum, ada proses dan kemungkinan yang terkait dengan pembekuan air yang tidak diimplikasikan oleh sifat fisik cairan lain.
Kepadatan es dan air
Jadi, jawaban mengapa es tidak tenggelam dalam air tetapi mengapung di permukaan adalah karena ia memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada cairan - tetapi itu adalah jawaban tingkat pertama. Untuk lebih memahami, Anda perlu tahu mengapa es memiliki kerapatan rendah, mengapa benda mengapung di tempat pertama, bagaimana kerapatan menyebabkan mengambang.
Ingatlah jenius Yunani Archimedes, yang menemukan bahwa setelah mencelupkan suatu benda ke dalam air, volume air bertambah sejumlah yang sama dengan volume benda yang dicelupkan. Dengan kata lain, jika Anda meletakkan piring yang dalam di permukaan air dan kemudian meletakkan benda berat di dalamnya, volume air yang akan dituangkan ke dalam piring akan sama persis dengan volume benda. Tidak masalah jika objeknya benar-benar tenggelam atausebagian.
Sifat air
Air adalah zat luar biasa yang pada dasarnya memberi makan kehidupan di bumi, karena setiap organisme hidup membutuhkannya. Salah satu sifat yang paling penting dari air adalah bahwa ia memiliki kepadatan tertinggi pada 4°C. Dengan demikian, air panas atau es kurang padat daripada air dingin. Zat yang kurang padat mengapung di atas zat yang lebih padat.
Misalnya, saat menyiapkan salad, Anda akan melihat bahwa minyak berada di permukaan cuka - ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa ia memiliki kepadatan yang lebih rendah. Hukum yang sama juga berlaku untuk menjelaskan mengapa es tidak tenggelam dalam air, tetapi tenggelam dalam bensin dan minyak tanah. Hanya saja kedua zat ini memiliki massa jenis yang lebih rendah dari es. Jadi, jika Anda melempar bola karet ke dalam kolam, itu akan mengapung di permukaan, tetapi jika Anda melemparkan batu ke dalam air, itu akan tenggelam ke dasar.
Perubahan apa yang terjadi pada air saat membeku
Alasan es tidak tenggelam dalam air adalah karena ikatan hidrogen yang berubah ketika air membeku. Seperti yang Anda ketahui, air terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen. Mereka terikat oleh ikatan kovalen yang sangat kuat. Namun, jenis ikatan lain yang terbentuk antara molekul yang berbeda, yang disebut ikatan hidrogen, lebih lemah. Ikatan ini terbentuk karena atom hidrogen bermuatan positif tertarik ke atom oksigen bermuatan negatif dari molekul air tetangga.
Saat air hangat, molekulnya sangat aktif,banyak bergerak, cepat membentuk dan menguraikan ikatan dengan molekul air lainnya. Mereka memiliki energi untuk saling mendekati dan bergerak cepat. Jadi mengapa es tidak tenggelam dalam air? Kimia menyembunyikan jawabannya.
Kimia fisika es
Saat suhu air turun di bawah 4 °C, energi kinetik cairan berkurang, sehingga molekul tidak lagi bergerak. Mereka tidak memiliki energi untuk bergerak dan semudah pada suhu tinggi untuk memutuskan dan membentuk ikatan. Sebaliknya, mereka membentuk lebih banyak ikatan hidrogen dengan molekul air lainnya untuk membentuk struktur kisi heksagonal.
Mereka membentuk struktur ini untuk memisahkan molekul oksigen bermuatan negatif. Di tengah segi enam yang terbentuk akibat aktivitas molekul, ada banyak kekosongan.
Es tenggelam dalam air - alasan
Es sebenarnya 9% kurang padat daripada air cair. Oleh karena itu, es membutuhkan lebih banyak ruang daripada air. Secara praktis, ini masuk akal karena es mengembang. Inilah sebabnya mengapa tidak disarankan untuk membekukan sebotol air gelas - air beku dapat membuat retakan besar bahkan pada beton. Jika Anda memiliki sebotol es liter dan sebotol air liter, maka sebotol air es akan lebih mudah. Molekul-molekul lebih jauh terpisah pada titik ini daripada ketika zat dalam keadaan cair. Itu sebabnya es tidak tenggelam dalam air.
Saat es mencairstruktur kristal yang stabil rusak dan menjadi lebih padat. Ketika air memanas hingga 4°C, ia memperoleh energi dan molekul-molekul bergerak lebih cepat dan lebih jauh. Inilah alasan mengapa air panas membutuhkan lebih banyak ruang daripada air dingin dan mengapung di atas air dingin - ia memiliki kerapatan yang lebih kecil. Ingat, ketika Anda berada di danau, saat berenang, lapisan atas air selalu nyaman dan hangat, tetapi ketika Anda meletakkan kaki Anda, Anda merasakan dinginnya lapisan bawah.
Pentingnya proses pembekuan air dalam fungsi planet
Terlepas dari kenyataan bahwa pertanyaan "Mengapa es tidak tenggelam dalam air?" untuk kelas 3, sangat penting untuk memahami mengapa proses ini terjadi dan apa artinya bagi planet ini. Dengan demikian, daya apung es memiliki implikasi penting bagi kehidupan di Bumi. Danau membeku di musim dingin di tempat yang dingin - ini memungkinkan ikan dan hewan air lainnya untuk bertahan hidup di bawah lapisan es. Jika bagian bawahnya membeku, maka kemungkinan besar seluruh danau akan membeku.
Dalam kondisi seperti itu, tidak ada satu pun organisme yang dapat bertahan.
Jika massa jenis es lebih tinggi daripada massa jenis air, maka lautan akan tenggelam dalam es, dan lapisan es yang berada di dasar tidak akan memungkinkan siapa pun untuk tinggal di sana. Dasar lautan akan penuh dengan es - dan akan berubah menjadi apa? Antara lain, es kutub penting karena memantulkan cahaya dan menjaga planet Bumi agar tidak terlalu panas.
