Buz katı formda olmasına rağmen kendi sıvı formu olan su içinde nasıl yüzebilir? Buz neden suda batmaz? Bunun bilimsel olarak açıklaması nedir?
Dev buzdağlarından küçük küplere kadar, buz – suyun donmuş şekli – daima sıvı formunda yüzer. Bu tuhaf değil mi?
Olağandışı olduğunu düşünen sadece biz değiliz; tüm dünya için bir katının sıvı formunda yüzmesi şaşırtıcıdır. Hızlı bir Google araması yapın ve bu tuhaf buz eğilimini tartışan düzinelerce sayfa bulacaksınız.
Görüldüğü gibi, her şey gibi, bu fenomenin arkasında bilimsel bir neden var. Ama önce, nelerin battığını veya yüzdüğünü açıklayalım.
Bir nesnenin suda (veya başka bir sıvıda) yüzebilme yeteneği, nesnenin yoğunluğu ile ilgilidir. Arşimet Prensibi, bir nesnenin suda yüzmesi için eşit miktarda suyun yerini alması gerektiğini belirtir.
Katı nesnelerin sıvı muadillerine göre daha fazla yoğunluğa sahip olduğu yaygın bir bilgidir. Kimyasal olarak, bu da mantıklı. Moleküller, katı halde iyi tanımlanmış bir şekilde birbirlerine daha sıkı bağlanır, bu da onları sertleştirir ve daha fazla ağırlık verir. Günlük hayatta gördüğümüz ve gözlemlediğimiz tüm yaygın maddeler bu temel prensibi takip eder: katı nesneler daha yoğun ve sıvılardan daha fazla ağırlığa sahiptir.
Buna göre, katı olan buz neden su üzerinde yüzer? Katı olarak batması gerekmez mi? Genel kurala göre buzun daha fazla yoğunluğa sahip olması gerekmez mi?
Biraz Su Bilgisi
Su harika bir sıvıdır ve olağandışı davranışlarla ve kimyasal yapılarla doludur, bu nedenle sıvı formları üzerinde yüzen katıların genel davranışına ilginç bir istisna sunar.
Bir sıvıyı soğutmaya devam ederseniz, yoğunluğu, katılaşıp maksimum yoğunluğa ulaşana kadar artmaya devam eder. Bununla birlikte, su söz konusu olduğunda, bu eğilim biraz farklıdır, bu da tüm tartışmanın temel sebebidir.
Soğutmaya devam ettikçe suyun yoğunluğu artar; ancak dondurduklarında en yüksek yoğunluğuna sahip olan diğer sıvıların aksine, su sıcaklığı 4 santigrat dereceye (39.2 derece Fahrenheit) ulaştığında maksimum yoğunluğa ulaşır.
Suyu 4 santigrat dereceden daha fazla soğutmaya devam ederseniz, yoğunluğu düşmeye başlar (bunu grafikte görebilirsiniz). Sıfır derecede, yani suyun buza dönüştüğü sıcaklıkta, suyun yoğunluğu aslında oldukça düşüktür.
Buzun sudan daha düşük bir yoğunluğa sahip olduğu ve üzerinde tutulduğu sıvı formdan (bu durumda su) daha düşük bir yoğunluğa sahip herhangi bir nesnenin yüzebileceği ortaya çıkıyor!
Peki buz yoğunluğu neden sudan daha az?
Bunu cevaplamak için suyun kimyasal yapısına bakmalısınız. Negatif yüklü oksijen atomları, hidrojen atomlarına güçlü bir şekilde bağlanır ve güçlü bir hidrojen bağı oluşturur.
Bir sıvı soğutulduğunda, gittikçe daha fazla molekül bir araya getirilir ve daha küçük bir alana yerleştirilmesi gerekir. Bu, çoğu katıya sıvı formlarından daha fazla yoğunluk verir. Bununla birlikte, su durumunda, negatif yüklü oksijen atomları, buzun daha yoğun hale gelmesini önlemek için birbirini iter (daha küçük bir alanda bir araya getirildiğinde). Sıcaklık 4 santigrat derecenin altına düşmeye devam ettikçe yoğunluğun aslında azalmasının nedeni budur.