Les blocs de glace polaires et les icebergs dérivent dans l'océan, et même dans les boissons, la glace ne coule jamais au fond. On peut en conclure que la glace ne coule pas dans l'eau. Pourquoi? Si vous y réfléchissez, cette question peut sembler un peu étrange, car la glace est solide et - intuitivement - devrait être plus lourde que le liquide. Bien que cette affirmation soit vraie pour la plupart des substances, l'eau est l'exception à la règle. L'eau et la glace se distinguent par des liaisons hydrogène, qui rendent la glace plus légère à l'état solide que lorsqu'elle est à l'état liquide.
Question scientifique: pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l'eau
Imaginons que nous sommes dans une leçon intitulée "Le monde qui nous entoure" en 3e année. « Pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l'eau ? » demande l'enseignant aux enfants. Et les enfants, n'ayant pas de connaissances approfondies en physique, commencent à raisonner. "Peut-être que c'est magique ?" dit l'un des enfants.
En effet, la glace est extrêmement inhabituelle. Il n'existe pratiquement aucune autre substance naturelle qui, à l'état solide, puisse flotter à la surface d'un liquide. C'est l'une des propriétés qui fait de l'eau une substance si inhabituelle et, franchement, c'est ce qui change la voie de l'évolution planétaire.
Certaines planètes contiennent d'énormes quantités d'hydrocarbures liquides tels que l'ammoniac - cependant, lorsqu'ils sont congelés, ce matériau coule au fond. La raison pour laquelle la glace ne coule pas dans l'eau est que lorsque l'eau gèle, elle se dilate et, avec elle, sa densité diminue. Fait intéressant, l'expansion de la glace peut briser les rochers - le processus de glaciation de l'eau est si inhabituel.
Scientifiquement parlant, le processus de congélation met en place des cycles d' altération rapides et certains produits chimiques libérés à la surface peuvent dissoudre les minéraux. En général, il existe des processus et des possibilités associés au gel de l'eau que les propriétés physiques d'autres liquides n'impliquent pas.
Densité de la glace et de l'eau
Donc, la réponse à la raison pour laquelle la glace ne coule pas dans l'eau mais flotte à la surface est qu'elle a une densité inférieure à celle du liquide - mais c'est une réponse de premier niveau. Pour mieux comprendre, vous devez savoir pourquoi la glace a une faible densité, pourquoi les choses flottent en premier lieu, comment la densité conduit au flottement.
Rappelez-vous du génie grec Archimède, qui a découvert qu'après avoir immergé un certain objet dans l'eau, le volume d'eau augmente d'un nombre égal au volume de l'objet immergé. En d'autres termes, si vous placez un plat profond à la surface de l'eau et que vous y placez ensuite un objet lourd, le volume d'eau qui sera versé dans le plat sera exactement égal au volume de l'objet. Peu importe si l'objet est complètement immergé oupartiellement.
Propriétés de l'eau
L'eau est une substance étonnante qui nourrit essentiellement la vie sur terre, car chaque organisme vivant en a besoin. L'une des propriétés les plus importantes de l'eau est qu'elle a la densité la plus élevée à 4°C. Ainsi, l'eau chaude ou la glace est moins dense que l'eau froide. Les substances moins denses flottent au-dessus des substances plus denses.
Par exemple, lors de la préparation d'une salade, vous remarquerez que l'huile est à la surface du vinaigre - cela peut s'expliquer par le fait qu'il a une densité plus faible. La même loi est également valable pour expliquer pourquoi la glace ne coule pas dans l'eau, mais coule dans l'essence et le kérosène. C'est juste que ces deux substances ont une densité inférieure à celle de la glace. Ainsi, si vous jetez un ballon gonflable dans la piscine, il flottera à la surface, mais si vous jetez une pierre dans l'eau, il coulera au fond.
Qu'est-ce qui change lorsque l'eau gèle
La raison pour laquelle la glace ne coule pas dans l'eau est due aux liaisons hydrogène qui changent lorsque l'eau gèle. Comme vous le savez, l'eau est composée d'un atome d'oxygène et de deux atomes d'hydrogène. Ils sont liés par des liaisons covalentes incroyablement fortes. Cependant, l'autre type de liaison qui se forme entre différentes molécules, appelée liaison hydrogène, est plus faible. Ces liaisons se forment parce que les atomes d'hydrogène chargés positivement sont attirés par les atomes d'oxygène chargés négativement des molécules d'eau voisines.
Lorsque l'eau est chaude, les molécules sont très actives,bougent beaucoup, forment et décomposent rapidement des liaisons avec d'autres molécules d'eau. Ils ont l'énergie de se rapprocher et d'agir rapidement. Alors pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l'eau ? La chimie cache la réponse.
Chimie physique de la glace
Lorsque la température de l'eau descend en dessous de 4 °C, l'énergie cinétique du liquide diminue, de sorte que les molécules ne bougent plus. Ils n'ont pas l'énergie nécessaire pour se déplacer et sont aussi faciles qu'à haute température à se rompre et à former des liaisons. Au lieu de cela, ils forment plus de liaisons hydrogène avec d'autres molécules d'eau pour former des structures de réseau hexagonales.
Ils forment ces structures pour séparer les molécules d'oxygène chargées négativement. Au milieu des hexagones formés à la suite de l'activité des molécules, il y a beaucoup de vide.
La glace coule dans l'eau - raisons
La glace est en fait 9 % moins dense que l'eau liquide. Par conséquent, la glace prend plus de place que l'eau. Pratiquement, cela a du sens car la glace se dilate. C'est pourquoi il n'est pas recommandé de congeler une bouteille d'eau en verre - l'eau gelée peut créer de grandes fissures même dans le béton. Si vous avez une bouteille d'un litre de glace et une bouteille d'un litre d'eau, une bouteille d'eau glacée sera plus facile. Les molécules sont plus éloignées à ce stade que lorsque la substance est à l'état liquide. C'est pourquoi la glace ne coule pas dans l'eau.
Quand la glace fondla structure cristalline stable se décompose et devient plus dense. Lorsque l'eau se réchauffe jusqu'à 4°C, elle gagne en énergie et les molécules se déplacent plus vite et plus loin. C'est la raison pour laquelle l'eau chaude prend plus de place que l'eau froide et flotte au-dessus de l'eau froide - elle a moins de densité. N'oubliez pas que lorsque vous êtes sur le lac, lorsque vous nagez, la couche supérieure de l'eau est toujours agréable et chaude, mais lorsque vous posez vos pieds, vous ressentez la froideur de la couche inférieure.
L'importance du processus de congélation de l'eau dans le fonctionnement de la planète
Malgré le fait que la question "Pourquoi la glace ne coule-t-elle pas dans l'eau ?" pour la 3e année, il est très important de comprendre pourquoi ce processus se produit et ce qu'il signifie pour la planète. Ainsi, la flottabilité de la glace a des implications importantes pour la vie sur Terre. Les lacs gèlent en hiver dans des endroits froids - cela permet aux poissons et autres animaux aquatiques de survivre sous la calotte glaciaire. Si le fond était gelé, il y a une forte probabilité que tout le lac soit gelé.
Dans de telles conditions, pas un seul organisme n'aurait survécu.
Si la densité de la glace était supérieure à la densité de l'eau, alors les océans s'enfonceraient dans la glace, et les calottes glaciaires qui seraient alors au fond ne permettraient à personne d'y vivre. Le fond de l'océan serait plein de glace - et en quoi tout cela se transformerait-il ? Entre autres choses, la glace polaire est importante car elle réfléchit la lumière et empêche la planète Terre de devenir trop chaude.
