Warum schwimmt Eis im Wasser? Warum kann Wasser so viele verschiedene Stoffe lösen? Warum kann ein Handtuch Wasser entgegen der Schwerkraft von unten nach oben aufnehmen? Wenn wir davon ausgehen, dass Wasser aus einer anderen Welt zu uns kam, werden diese und andere Geheimnisse rund um das Wasser weniger schwer zu verstehen erscheinen.

Wenn sich Wasser wie alle anderen Substanzen auf der Erde verhalten würde, gäbe es uns nicht.

Wasser ist etwas so Einfaches, dass wir selten darüber nachdenken. Es gibt jedoch nichts Geheimnisvolleres als reines Wasser. Das größte Rätsel des Wassers: Warum Eis schwimmt. Jede andere Substanz, die von einem flüssigen in einen festen Zustand übergeht, wird schwerer, wenn die Dichte der Substanz zunimmt.

Im Gegensatz dazu wird Wasser, das von flüssig zu fest übergeht, leichter.

In der Eisstruktur sind Wasserpartikel sehr geordnet angeordnet, mit viel Freiraum zwischen den Partikeln. Das Eisvolumen ist größer als das Wasservolumen, aus dem es entstanden ist. Das Volumen ist größer, die Dichte geringer - Eis ist leichter als Wasser, sinkt also nicht in Wasser. Riesige Eisblöcke, Eisberge - nicht im Wasser versinken.

• Wenn sich das Eis wieder in Wasser verwandelt, werden die Partikel hunderttausendmal aktiver und der freie Raum wird gefüllt.

Die flüssige Form von Wasser ist dichter und schwerer als die feste Form. Das schwerste Wasser wird bei einer Temperatur von + 4 ° C. Mit steigender Temperatur werden die Wasserpartikel aktiver, was zu einer Abnahme ihrer Dichte führt.

Egal wie kalt der Winter über dem Stausee ist, die Wassertemperatur am Boden ist konstant: + 4 ° C. Alles, was auf dem Boden lebt, kann lange Winter unter dem Eis überleben. Eis ist leichter als Wasser. Mit seiner Schale auf der Wasseroberfläche schützt er den Grund des Reservoirs vor dem Einfrieren.

Jeder weiß, dass Eis gefrorenes Wasser ist, oder besser gesagt, es befindet sich in einem festen Aggregatzustand. Aber Warum sinkt Eis nicht in Wasser, sondern schwimmt auf seiner Oberfläche?

Wasser ist eine ungewöhnliche Substanz mit seltenen, sogar anomalen Eigenschaften. In der Natur dehnen sich die meisten Stoffe bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen. Beispielsweise steigt Quecksilber in einem Thermometer durch ein enges Rohr und zeigt einen Temperaturanstieg. Da Quecksilber bei -39 °C gefriert, ist es nicht für Thermometer geeignet, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden.

Auch Wasser dehnt sich bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Im Kühlbereich von etwa +4 ºС bis 0 ºС dehnt es sich jedoch aus. Deshalb können Wasserleitungen im Winter platzen, wenn das Wasser darin gefroren ist und sich große Eismassen gebildet haben. Der Eisdruck auf die Rohrwände reicht aus, um sie zu zerbrechen.

Wasserausdehnung

Da sich Wasser beim Abkühlen ausdehnt, ist die Dichte von Eis (d.h. seiner festen Form) geringer als die von Wasser in seinem flüssigen Zustand. Mit anderen Worten, ein bestimmtes Volumen Eis wiegt weniger als das gleiche Volumen Wasser. Das Vorstehende wird durch die Formel m = ρV wiedergegeben, wobei V das Volumen des Körpers ist, m die Masse des Körpers ist, ρ die Dichte der Substanz ist. Zwischen Dichte und Volumen besteht ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang (V = m / ρ), d.h. mit zunehmendem Volumen (bei gekühltem Wasser) wird die gleiche Masse eine geringere Dichte haben. Diese Eigenschaft des Wassers führt zur Bildung von Eis auf der Oberfläche von Stauseen - Teichen und Seen.

Nehmen wir an, Wasser hat eine Dichte von 1. Dann hat das Eis eine Dichte von 0,91. Dank dieser Zahl können wir die Dicke der Eisscholle ermitteln, die auf dem Wasser schwimmt. Wenn beispielsweise eine Eisscholle eine Höhe von 2 cm über dem Wasser hat, können wir daraus schließen, dass ihre Unterwasserschicht 9-mal dicker ist (dh 18 cm) und die Dicke der gesamten Eisscholle 20 cm beträgt.

Im Bereich des Nord- und Südpols der Erde gefriert Wasser und bildet Eisberge. Einige dieser schwimmenden Eisberge sind riesig. Der größte bekannte Eisberg der Menschheit gilt mit einer Fläche von 31.000 Quadratmetern. Kilometer, die 1956 im Pazifischen Ozean entdeckt wurde.

Wie vergrößert festes Wasser sein Volumen? Indem man seine Struktur verändert. Wissenschaftler haben bewiesen, dass Eis eine durchbrochene Struktur mit Hohlräumen und Hohlräumen hat, die, wenn sie geschmolzen sind, mit Wassermolekülen gefüllt sind.

Erfahrungsgemäß sinkt der Gefrierpunkt von Wasser mit zunehmendem Druck um etwa ein Grad pro 130 Atmosphären.

Es ist bekannt, dass in den Ozeanen in großen Tiefen die Wassertemperatur unter 0 ° C liegt und dennoch nicht gefriert. Dies erklärt sich durch den Druck, der die oberen Wasserschichten erzeugt. Eine einen Kilometer dicke Wasserschicht drückt mit einer Kraft von etwa 100 Atmosphären.

Vergleich der Dichte von Wasser und Eis

Kann die Dichte von Wasser geringer sein als die Dichte von Eis, und bedeutet dies, dass es darin versinkt? Die Antwort auf diese Frage ist bejahend, was durch das folgende Experiment leicht zu beweisen ist.

Nehmen wir aus dem Gefrierschrank, wo die Temperatur -5 ° C beträgt, ein Stück Eis von der Größe eines Drittels eines Glases oder etwas mehr. Stellen wir es in einen Eimer mit Wasser bei einer Temperatur von +20 ºС. Was sehen wir? Eis sinkt und sinkt schnell und beginnt allmählich zu schmelzen. Dies liegt daran, dass Wasser bei einer Temperatur von +20 °C eine geringere Dichte hat als Eis bei einer Temperatur von -5 °C.

Es gibt Modifikationen von Eis (bei hohen Temperaturen und Drücken), die aufgrund ihrer größeren Dichte im Wasser sinken. Wir sprechen über das sogenannte "schwere" Eis - Deuterium und Tritium (gesättigt mit schwerem und superschwerem Wasserstoff). Trotz des Vorhandenseins der gleichen Hohlräume wie im Protium-Eis sinkt es in Wasser. Im Gegensatz zu "schwerem" Eis enthält Protium-Eis keine schweren Wasserstoffisotope und enthält 16 Milligramm Kalzium pro Liter Flüssigkeit. Der Prozess seiner Herstellung beinhaltet die Reinigung von schädlichen Verunreinigungen um 80%, weshalb Protiumwasser als das optimalste für das menschliche Leben gilt.

Wert in der Natur

Dass Eis auf der Oberfläche von Gewässern schwimmt, spielt in der Natur eine wichtige Rolle. Wenn Wasser diese Eigenschaft nicht hätte und Eis auf den Grund sinken würde, würde dies zum Einfrieren des gesamten Reservoirs und damit zum Tod lebender Organismen führen, die es bewohnen.

Wenn zunächst bei einer Temperatur über +4 ° C ein Kälteeinbruch einsetzt, sinkt kälteres Wasser von der Oberfläche des Reservoirs und warmes (leichteres) Wasser steigt auf. Dieser Vorgang wird vertikale Zirkulation (Mischen) von Wasser genannt. Wenn sich im gesamten Reservoir +4 ° C einstellt, hört dieser Prozess auf, da das Wasser von der Oberfläche bereits bei +3 ° C heller wird als das darunter liegende. Wasser dehnt sich aus (sein Volumen nimmt um ca. 10 %) zu und seine Dichte nimmt ab. Als Folge davon, dass die kältere Schicht oben liegt, gefriert Wasser an der Oberfläche und es entsteht eine Eisdecke. Eis hat aufgrund seiner kristallinen Struktur eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, d.h. es speichert Wärme. Die Eisschicht wirkt als eine Art Wärmeisolator. Und das Wasser unter dem Eis behält seine Wärme. Aufgrund der wärmeisolierenden Eigenschaften von Eis wird die Übertragung von "Kälte" in die unteren Wasserschichten stark reduziert. Daher verbleibt am Boden des Stausees fast immer mindestens eine dünne Wasserschicht, die für das Leben seiner Bewohner äußerst wichtig ist.

Also +4 ºС - die Temperatur der maximalen Wasserdichte - dies ist die Überlebenstemperatur lebender Organismen im Reservoir.

Anwendung im Alltag

Es wurde oben über die Möglichkeit des Bruchs von Wasserleitungen beim Gefrieren von Wasser gesprochen. Um Schäden an der Wasserversorgung bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden, sollte die Zufuhr von Warmwasser, das durch die Heizungsrohre fließt, nicht unterbrochen werden. Ein Kraftfahrzeug ist einer ähnlichen Gefahr ausgesetzt, wenn bei kaltem Wetter Wasser im Kühler verbleibt.

Lassen Sie uns nun über die angenehme Seite der einzigartigen Eigenschaften von Wasser sprechen. Eislaufen ist ein großer Spaß für Kinder und Erwachsene. Haben Sie sich jemals gefragt, warum Eis so rutschig ist? Glas ist zum Beispiel auch rutschig, außerdem ist es glatter und attraktiver als Eis. Aber Schlittschuhe rutschen nicht darauf. Nur Eis hat eine so spezifische köstliche Eigenschaft.

Tatsache ist, dass unter dem Gewicht unseres Gewichts Druck auf die dünne Kufe des Schlittschuhs ausgeübt wird, was wiederum Druck auf das Eis und dessen Schmelzen ausübt. Dabei bildet sich ein dünner Wasserfilm, auf dem die Stahlkufe des Schlittschuhs gleitet.

Gefrierunterschied zwischen Wachs und Wasser

Wie Experimente zeigen, bildet die Oberfläche des Eiswürfels eine Art Wölbung. Dies liegt daran, dass das Einfrieren in seiner Mitte zuletzt auftritt. Und beim Übergang in einen festen Zustand dehnt sich diese Ausbuchtung noch mehr aus. Dem kann durch die Verfestigung von Wachs entgegengewirkt werden, das im Gegenteil eine Vertiefung bildet. Dies liegt daran, dass das Wachs nach dem Übergang in einen festen Zustand komprimiert wird. Flüssigkeiten, die sich beim Gefrieren gleichmäßig zusammenziehen, bilden eine leicht konkave Oberfläche.

Um Wasser einzufrieren, reicht es nicht aus, es auf den Gefrierpunkt von 0 °C abzukühlen, es ist notwendig, diese Temperatur durch ständige Kühlung aufrechtzuerhalten.

Wasser mit Salz gemischt

Die Zugabe von Speisesalz zu Wasser senkt den Gefrierpunkt. Aus diesem Grund werden Straßen im Winter mit Salz bestreut. Salzwasser gefriert bei -8 °C und darunter, sodass bis zu einem Absinken der Temperatur auf mindestens diesen Punkt kein Gefrieren auftritt.

Ein Eis-Salz-Gemisch wird manchmal als „Kühlmischung“ für Tieftemperaturexperimente verwendet. Wenn Eis schmilzt, nimmt es die für die Umwandlung benötigte latente Wärme aus seiner Umgebung auf und kühlt es dadurch ab. Dieser nimmt so viel Wärme auf, dass die Temperatur unter -15 °C sinken kann.

universelles Lösungsmittel

Reines Wasser (Summenformel H 2 0) hat keine Farbe, keinen Geschmack, keinen Geruch. Das Wassermolekül besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn andere (wasserlösliche und -unlösliche) Stoffe ins Wasser gelangen, wird es verunreinigt, sodass es in der Natur kein absolut reines Wasser gibt. Alle in der Natur vorkommenden Stoffe sind in unterschiedlichem Maße in Wasser löslich. Dies wird durch ihre einzigartigen Eigenschaften bestimmt - Löslichkeit in Wasser. Daher gilt Wasser als das "universelle Lösungsmittel".

Garant für stabile Lufttemperatur

Wasser erwärmt sich aufgrund seiner hohen Wärmekapazität nur langsam, der Abkühlungsprozess ist jedoch viel langsamer. Dadurch kann sich im Sommer Wärme in den Ozeanen und Meeren ansammeln. Die Wärmeabgabe erfolgt im Winter, wodurch die Lufttemperatur auf dem Territorium unseres Planeten das ganze Jahr über nicht stark abfällt. Ozeane und Meere sind die ursprünglichen und natürlichen Wärmespeicher auf dem Territorium der Erde.

Oberflächenspannung

Fazit

Dass Eis nicht absinkt, sondern an der Oberfläche schwimmt, erklärt sich aus seiner im Vergleich zu Wasser geringeren Dichte (das spezifische Gewicht von Wasser beträgt 1000 kg/m³, von Eis etwa 917 kg/m³). Diese These gilt nicht nur für Eis, sondern für jeden anderen physischen Körper. Beispielsweise ist die Dichte eines Papierschiffchens oder eines Herbstblattes viel geringer als die Dichte von Wasser, was für ihren Auftrieb sorgt.

Die Eigenschaft von Wasser, im festen Zustand eine geringere Dichte zu haben, ist jedoch eine große Seltenheit in der Natur, eine Ausnahme von der allgemeinen Regel. Nur Metall und Gusseisen (eine Legierung aus Eisenmetall und nichtmetallischem Kohlenstoff) haben ähnliche Eigenschaften.

Polare Eisblöcke und Eisberge treiben im Ozean, und selbst in Getränken sinkt das Eis nie auf den Grund. Daraus lässt sich schließen, dass Eis nicht in Wasser sinkt. Wieso den? Wenn Sie darüber nachdenken, mag diese Frage etwas seltsam erscheinen, denn Eis ist fest und sollte – intuitiv – schwerer als Flüssigkeit sein. Während diese Aussage für die meisten Substanzen gilt, ist Wasser die Ausnahme von der Regel. Wasser und Eis zeichnen sich durch Wasserstoffbrückenbindungen aus, die Eis im festen Zustand leichter machen als im flüssigen Zustand.

Wissenschaftliche Frage: Warum sinkt Eis nicht in Wasser?

Stellen Sie sich vor, wir befinden uns in der 3. Klasse in einer Unterrichtsstunde namens „The World Around“. „Warum sinkt Eis nicht in Wasser?“, fragt die Lehrerin die Kinder. Und die Kinder, die keine tiefen Kenntnisse in Physik haben, beginnen zu argumentieren. "Vielleicht ist es Magie?" sagt eines der Kinder.

Tatsächlich ist das Eis äußerst ungewöhnlich. Es gibt praktisch keine anderen Naturstoffe, die im festen Zustand auf der Oberfläche einer Flüssigkeit schwimmen könnten. Dies ist eine der Eigenschaften, die Wasser zu einer so ungewöhnlichen Substanz machen, und um ehrlich zu sein, verändert dies den Weg der planetaren Evolution.

Es gibt einige Planeten, die riesige Mengen an flüssigen Kohlenwasserstoffen wie Ammoniak enthalten – aber wenn sie gefrieren, sinkt dieses Material zu Boden. Der Grund, warum Eis nicht in Wasser sinkt, ist, dass es sich beim Gefrieren ausdehnt und damit seine Dichte abnimmt. Interessanterweise kann die Ausdehnung von Eis Felsen brechen - der Prozess der Vereisung von Wasser ist so ungewöhnlich.

Wissenschaftlich gesehen setzt der Gefrierprozess schnelle Verwitterungszyklen in Gang und bestimmte an der Oberfläche freigesetzte Chemikalien sind in der Lage, Mineralien aufzulösen. Im Allgemeinen gibt es mit dem Gefrieren von Wasser Prozesse und Möglichkeiten, die die physikalischen Eigenschaften anderer Flüssigkeiten nicht implizieren.

Dichte von Eis und Wasser

Die Antwort auf die Frage, warum Eis nicht in Wasser sinkt, sondern an der Oberfläche schwimmt, ist also, dass es eine geringere Dichte als Flüssigkeit hat – aber das ist eine Antwort auf erster Ebene. Um besser zu verstehen, müssen Sie wissen, warum Eis eine geringe Dichte hat, warum Dinge überhaupt schweben, wie Dichte zum Schweben führt.

Erinnern Sie sich an das griechische Genie Archimedes, der herausfand, dass nach dem Eintauchen eines bestimmten Objekts in Wasser das Wasservolumen um eine Zahl zunimmt, die dem Volumen des eingetauchten Objekts entspricht. Mit anderen Worten, wenn Sie eine tiefe Schale auf die Wasseroberfläche stellen und dann einen schweren Gegenstand hineinstellen, entspricht das Wasservolumen, das in die Schale gegossen wird, genau dem Volumen des Gegenstands. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Objekt ganz oder teilweise untergetaucht ist.

Wassereigenschaften

Wasser ist eine erstaunliche Substanz, die das Leben auf der Erde im Grunde ernährt, weil jeder lebende Organismus es braucht. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Wasser ist, dass es bei 4°C die höchste Dichte hat. Heißes Wasser oder Eis hat also eine geringere Dichte als kaltes Wasser. Weniger dichte Substanzen schwimmen auf dichteren Substanzen.

Beim Zubereiten eines Salats können Sie beispielsweise feststellen, dass sich das Öl auf der Oberfläche des Essigs befindet – dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass er eine geringere Dichte hat. Dasselbe Gesetz gilt auch für die Erklärung, warum Eis nicht in Wasser sinkt, sondern in Benzin und Kerosin. Nur haben diese beiden Stoffe eine geringere Dichte als Eis. Wenn Sie also einen aufblasbaren Ball in den Pool werfen, schwimmt er an der Oberfläche, aber wenn Sie einen Stein ins Wasser werfen, sinkt er auf den Grund.

Was ändert sich mit Wasser, wenn es gefriert?

Der Grund, warum Eis nicht in Wasser sinkt, sind die Wasserstoffbrückenbindungen, die sich ändern, wenn Wasser gefriert. Wie Sie wissen, besteht Wasser aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Sie sind durch kovalente Bindungen verbunden, die unglaublich stark sind. Die andere Art von Bindung, die sich zwischen verschiedenen Molekülen bildet, die sogenannte Wasserstoffbrücke, ist jedoch schwächer. Diese Bindungen entstehen, weil die positiv geladenen Wasserstoffatome von den negativ geladenen Sauerstoffatomen benachbarter Wassermoleküle angezogen werden.

Wenn das Wasser warm ist, sind die Moleküle sehr aktiv, bewegen sich viel, bilden und lösen schnell Bindungen mit anderen Wassermolekülen. Sie haben die Energie, aufeinander zuzugehen und sich schnell zu bewegen. Warum sinkt Eis nicht in Wasser? Die Chemie verbirgt die Antwort.

Physikalische Chemie des Eises

Sinkt die Temperatur des Wassers unter 4 °C, nimmt die kinetische Energie der Flüssigkeit ab, sodass sich die Moleküle nicht mehr bewegen. Sie haben nicht die Energie, sich zu bewegen, und können so leicht wie bei hohen Temperaturen brechen und Bindungen bilden. Stattdessen bilden sie mehr Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Wassermolekülen, um hexagonale Gitterstrukturen zu bilden.

Sie bilden diese Strukturen, um die negativ geladenen Sauerstoffmoleküle auseinander zu halten. In der Mitte der Sechsecke, die durch die Aktivität von Molekülen entstanden sind, gibt es viel Leere.

Eis sinkt im Wasser - Gründe

Eis ist tatsächlich 9 % weniger dicht als flüssiges Wasser. Daher nimmt Eis mehr Platz ein als Wasser. Praktisch macht das Sinn, weil sich das Eis ausdehnt. Aus diesem Grund ist es nicht empfehlenswert, eine Glasflasche mit Wasser einzufrieren – gefrorenes Wasser kann selbst in Beton große Risse verursachen. Wenn Sie eine Literflasche Eis und eine Literflasche Wasser haben, ist eine Eiswasserflasche einfacher. Die Moleküle sind an dieser Stelle weiter voneinander entfernt als im flüssigen Zustand. Deshalb sinkt Eis nicht in Wasser.

Wenn Eis schmilzt, bricht die stabile Kristallstruktur zusammen und wird dichter. Wenn sich das Wasser auf 4°C erwärmt, gewinnt es Energie und die Moleküle bewegen sich schneller und weiter. Aus diesem Grund nimmt heißes Wasser mehr Platz ein als kaltes Wasser und schwimmt auf kaltem Wasser – es hat eine geringere Dichte. Denken Sie daran, wenn Sie auf dem See sind, ist beim Schwimmen die obere Wasserschicht immer angenehm und warm, aber wenn Sie die Füße absetzen, spüren Sie die Kälte der unteren Schicht.

Die Bedeutung des Prozesses des Gefrierens von Wasser für das Funktionieren des Planeten

Trotz der Tatsache, dass die Frage "Warum sinkt Eis nicht in Wasser?" Für Klasse 3 ist es sehr wichtig zu verstehen, warum dieser Prozess stattfindet und was er für den Planeten bedeutet. Daher hat der Auftrieb des Eises wichtige Auswirkungen auf das Leben auf der Erde. Seen frieren im Winter an kalten Orten zu – so können Fische und andere Wassertiere unter der Eisdecke überleben. Wenn der Grund gefroren wäre, dann besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der gesamte See gefroren sein könnte.

Unter solchen Bedingungen hätte kein einziger Organismus überlebt.

Wenn die Dichte des Eises höher wäre als die Dichte des Wassers, würde das Eis in den Ozeanen versinken, und die Eiskappen, die dann unten wären, würden es niemandem erlauben, dort zu leben. Der Meeresgrund wäre voller Eis – und was würde daraus werden? Polareis ist unter anderem wichtig, weil es Licht reflektiert und verhindert, dass der Planet Erde zu heiß wird.

Eis und Wasser.
Es ist bekannt, dass ein Stück Eis, das in ein Glas Wasser gelegt wird, nicht untergeht. Dies liegt daran, dass von der Wasserseite her eine Auftriebskraft auf das Eis wirkt.

Reis. 4.1. Eis im Wasser.

Wie aus Abb. 4.1 ist die Auftriebskraft die Resultierende der Wasserdruckkräfte, die auf die Oberfläche des untergetauchten Teils des Eises wirken (schraffierte Fläche in Abb. 4.1). Eis schwimmt auf dem Wasser, weil die Schwerkraft, die es nach unten zieht, durch die Auftriebskraft ausgeglichen wird.
Stellen Sie sich vor, dass sich kein Eis im Glas befindet und der in der Abbildung schattierte Bereich mit Wasser gefüllt ist. Hier wird es keine Trennlinie zwischen dem Wasser innerhalb und außerhalb dieses Gebiets geben. Allerdings gleichen sich auch hier die Auftriebskraft und die auf das in der schraffierten Fläche enthaltene Wasser wirkende Schwerkraft aus. Da in beiden oben betrachteten Fällen die Auftriebskraft unverändert bleibt, bedeutet dies, dass die auf ein Stück Eis und auf Wasser wirkende Schwerkraft innerhalb des oben genannten Bereichs gleich ist. Mit anderen Worten, sie haben das gleiche Gewicht. Richtig ist auch, dass die Eismasse gleich der Wassermasse im schraffierten Bereich ist.
Nach dem Schmelzen verwandelt sich das Eis in Wasser der gleichen Masse und füllt das Volumen aus, das dem Volumen des schattierten Bereichs entspricht. Daher ändert sich der Wasserstand in einem Glas Wasser und einem Stück Eis nach dem Schmelzen des Eises nicht.
Flüssige und feste Zustände.
Jetzt wissen wir, dass das Volumen eines Eisstücks größer ist als das Volumen, das von Wasser gleicher Masse eingenommen wird. Das Verhältnis der Masse eines Stoffes zum Volumen, das er einnimmt, wird als Dichte des Stoffes bezeichnet. Daher ist die Dichte von Eis geringer als die Dichte von Wasser. Ihre bei 0 °C gemessenen Zahlenwerte sind: für Wasser - 0,9998, für Eis - 0,917 g/cm3. Nicht nur Eis, sondern auch andere Feststoffe erreichen beim Erhitzen eine bestimmte Temperatur, bei der ihr Übergang in einen flüssigen Zustand beginnt. Beim Schmelzen eines reinen Stoffes beginnt seine Temperatur beim Erhitzen nicht zu steigen, bis seine gesamte Masse in einen flüssigen Zustand übergegangen ist. Diese Temperatur wird als Schmelzpunkt der Substanz bezeichnet. Nach Beendigung des Schmelzens führt die Erwärmung zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur der Flüssigkeit. Wenn die Flüssigkeit abgekühlt wird und die Temperatur auf den Schmelzpunkt gesenkt wird, beginnt sie, in einen festen Zustand überzugehen.
Anders als bei Eis und Wasser ist bei den meisten Stoffen die Dichte im festen Zustand höher als im flüssigen Zustand. Beispielsweise verfestigt sich Argon, das normalerweise in gasförmigem Zustand vorliegt, bei einer Temperatur von -189,2 ° C; die Dichte von festem Argon beträgt 1,809 g/cm3 (im flüssigen Zustand beträgt die Dichte von Argon 1,38 g/cm3). Wenn wir also die Dichte einer Substanz im festen Zustand bei einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt mit ihrer Dichte im flüssigen Zustand vergleichen, stellt sich heraus, dass sie im Fall von Argon um 14,4% abnimmt und im Fall von Natrium - um 2,5%.
Die Änderung der Dichte eines Stoffes beim Durchlaufen des Schmelzpunktes ist bei Metallen normalerweise gering, mit Ausnahme von Aluminium und Gold (0 bzw. 5,3 %). Bei all diesen Stoffen beginnt der Erstarrungsprozess im Gegensatz zu Wasser nicht an der Oberfläche, sondern am Boden.
Es gibt jedoch Metalle, deren Dichte beim Übergang in den festen Zustand abnimmt. Dazu gehören Antimon, Wismut, Gallium, für die diese Abnahme jeweils 0,95, 3,35 und 3,2 % beträgt. Gallium, dessen Schmelzpunkt bei -29,8 °C liegt, gehört zusammen mit Quecksilber und Cäsium zur Klasse der niedrigschmelzenden Metalle.
Unterschied zwischen festem und flüssigem Aggregatzustand.
Im Gegensatz zum flüssigen Zustand sind im festen Zustand die Moleküle, aus denen der Stoff besteht, geordnet angeordnet.

Reis. 4.2. Der Unterschied zwischen flüssigen und festen Aggregatzuständen

Auf Abb. 4.2 (rechts) zeigt ein Beispiel für eine dichte Packung von Molekülen (bedingt durch Kreise dargestellt), die für einen Stoff im festen Zustand charakteristisch ist. Daneben ist die für eine Flüssigkeit charakteristische ungeordnete Struktur dargestellt. Im flüssigen Zustand befinden sich die Moleküle in großen Abständen voneinander, haben eine größere Bewegungsfreiheit und infolgedessen ändert die Substanz im flüssigen Zustand leicht ihre Form, dh sie hat eine Eigenschaft wie Fluidität.
Für flüssige Substanzen ist, wie oben erwähnt, eine zufällige Anordnung von Molekülen charakteristisch, aber nicht alle Substanzen mit einer solchen Struktur sind in der Lage zu fließen. Ein Beispiel ist Glas, dessen Moleküle zufällig angeordnet sind, aber nicht fließen.
Kristalline Substanzen sind Substanzen, deren Moleküle geordnet angeordnet sind. In der Natur gibt es Substanzen, deren Kristalle ein charakteristisches Aussehen haben. Dazu gehören Quarz und Eis. Hartmetalle wie Eisen und Blei kommen natürlicherweise nicht in großen Kristallen vor. Wenn man jedoch ihre Oberfläche unter dem Mikroskop untersucht, kann man Anhäufungen kleiner Kristalle erkennen, wie auf dem Foto zu sehen ist (Abb. 4.3).

Reis. 4.3. Mikroskopische Aufnahme der Eisenoberfläche.

Es gibt spezielle Methoden, um große Kristalle metallischer Substanzen zu erhalten.
Unabhängig von der Größe der Kristalle haben sie eine geordnete Anordnung von Molekülen gemeinsam. Sie sind auch durch das Vorhandensein eines sehr bestimmten Schmelzpunkts gekennzeichnet. Das bedeutet, dass die Temperatur eines Schmelzkörpers beim Erhitzen nicht ansteigt, bis er vollständig geschmolzen ist. Glas hat im Gegensatz zu kristallinen Substanzen keinen bestimmten Schmelzpunkt: Beim Erhitzen wird es allmählich weicher und verwandelt sich in eine gewöhnliche Flüssigkeit. Der Schmelzpunkt entspricht also der Temperatur, bei der die geordnete Anordnung der Moleküle zerstört wird und die Kristallstruktur ungeordnet wird. Abschließend bemerken wir eine weitere interessante Eigenschaft von Glas aufgrund seiner fehlenden kristallinen Struktur: Indem wir es einer dauerhaften Zugkraft aussetzen, beispielsweise über einen Zeitraum von 10 Jahren, sorgen wir dafür, dass Glas wie ein Fluss fließt gewöhnliche Flüssigkeit.
Molekülverpackung.
Mit Röntgenstrahlen und einem Elektronenstrahl kann man untersuchen, wie Moleküle in einem Kristall angeordnet sind. Röntgenstrahlung hat eine viel kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht, sodass sie durch die geometrisch regelmäßige Kristallstruktur von Atomen oder Molekülen gebeugt werden kann. Durch Aufnahme eines Beugungsmusters auf einer Fotoplatte (Abb. 4.4) ist es möglich, die Anordnung von Atomen in einem Kristall festzustellen. Mit der gleichen Methode für Flüssigkeiten kann man sicherstellen, dass die Moleküle in der Flüssigkeit zufällig angeordnet sind.

Reis. 4.4. Röntgenbeugung an einer periodischen Struktur.
Reis. 4.5. Zwei Möglichkeiten, die Bälle dicht zu packen.

Moleküle eines Festkörpers, der sich in einem kristallinen Zustand befindet, sind relativ zueinander ziemlich komplex. Der Aufbau von Stoffen, die aus gleichartigen Atomen oder Molekülen bestehen, sieht relativ einfach aus, wie beispielsweise der in Abb. 4.5 (links), wo Atome üblicherweise mit Kugeln bezeichnet werden. Sie können einen bestimmten Raum auf verschiedene Arten dicht mit Kugeln füllen. Eine solche dichte Packung ist aufgrund intermolekularer Anziehungskräfte möglich, die dazu neigen, die Moleküle so anzuordnen, dass das von ihnen eingenommene Volumen minimal ist. In Wirklichkeit ist die Struktur in Abb. 4.5 (rechts) tritt nicht auf; Es ist nicht einfach, diese Tatsache zu erklären.
Da es ziemlich schwierig ist, sich verschiedene Möglichkeiten vorzustellen, Kugeln im Raum zu platzieren, wollen wir uns überlegen, wie Sie Münzen in einem Flugzeug eng anordnen können.

Reis. 4.6. Eine geordnete Anordnung von Münzen in einem Flugzeug.

Auf Abb. 4.6 werden zwei solcher Methoden vorgestellt: Bei der ersten steht jedes Molekül in Kontakt mit vier benachbarten, deren Mittelpunkte die Eckpunkte eines Quadrats mit der Seitenlänge d sind, wobei d der Durchmesser der Münze ist; im zweiten Fall hat jede Münze Kontakt mit sechs benachbarten. Die gepunkteten Linien in der Figur begrenzen die von einer Münze eingenommene Fläche. Im ersten Fall
er ist gleich d 2 , und dieser Bereich ist wiederum kleiner und gleich √3d 2 /2.
Die zweite Möglichkeit, Münzen zu platzieren, verringert den Abstand zwischen ihnen erheblich.
Molekül in einem Kristall. Der Zweck der Untersuchung von Kristallen besteht darin, festzustellen, wie die Moleküle in ihnen angeordnet sind. Kristalle aus Metallen wie Gold, Silber, Kupfer sind wie Argonkristalle angeordnet. Bei Metallen sollte man von einer geordneten Anordnung von Ionen sprechen, nicht von Molekülen. Ein Kupferatom beispielsweise, das ein Elektron verliert, verwandelt sich in ein negativ geladenes Kupferion. Die Elektronen können sich frei zwischen den Ionen bewegen. Stellt man die Ionen bedingt in Form von Kugeln dar, erhält man eine durch dichteste Packung gekennzeichnete Struktur. Kristalle von Metallen wie Natrium und Kalium unterscheiden sich in ihrer Struktur etwas von Kupfer. Moleküle von CO 2 und organischen Verbindungen, die aus verschiedenen Atomen bestehen, können nicht als Kugeln dargestellt werden. Beim Übergang in den festen Zustand bilden sie eine äußerst komplexe Kristallstruktur.

Reis. 4.7. Kristall "Trockeneis" (große große Kugeln - Kohlenstoffatome)

Auf Abb. Abbildung 4.7 zeigt feste CO2-Kristalle, die als Trockeneis bezeichnet werden. Auch Diamant, der keine chemische Verbindung ist, hat eine besondere Struktur, da sich zwischen Kohlenstoffatomen chemische Bindungen bilden.
Flüssigkeitsdichte. Beim Übergang in einen flüssigen Zustand wird die Molekularstruktur einer Substanz ungeordnet. Dieser Prozess kann sowohl von einer Abnahme als auch von einer Zunahme des von einer bestimmten Substanz im Raum eingenommenen Volumens begleitet sein.


Reis. 4.8. Modelle aus Ziegeln, die der Struktur von Wasser und einem festen Körper entsprechen.

Betrachten Sie zur Veranschaulichung die in Abb. 4,8 Backsteingebäude. Lassen Sie jeden Baustein einem Molekül entsprechen. Ein durch ein Erdbeben zerstörtes Backsteingebäude verwandelt sich in einen Ziegelhaufen, dessen Abmessungen kleiner sind als die des Gebäudes. Wenn jedoch alle Steine ​​ordentlich nacheinander gestapelt werden, wird der Platz, den sie einnehmen, noch kleiner. Eine ähnliche Beziehung besteht zwischen der Dichte von Materie in festen und flüssigen Zuständen. Kristalle aus Kupfer und Argon können mit der abgebildeten dichten Packung von Ziegeln in Verbindung gebracht werden. Der flüssige Zustand in ihnen entspricht einem Ziegelhaufen. Der Übergang vom festen in den flüssigen Zustand geht unter diesen Bedingungen mit einer Abnahme der Dichte einher.
Gleichzeitig geht der Übergang von einer kristallinen Struktur mit großen zwischenmolekularen Abständen (was einem Backsteinbau entspricht) in einen flüssigen Zustand mit einer Zunahme der Dichte einher. In Wirklichkeit behalten jedoch viele Kristalle beim Übergang in den flüssigen Zustand große intermolekulare Abstände bei.
Für Antimon, Wismut, Gallium und andere Metalle ist im Gegensatz zu Natrium und Kupfer eine dichte Packung nicht typisch. Aufgrund der großen Atomabstände nimmt ihre Dichte beim Übergang in die flüssige Phase zu.

Eisstruktur.
Das Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten davon befinden. Im Gegensatz zum Kohlendioxidmolekül, bei dem das Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome entlang einer geraden Linie angeordnet sind, bilden im Wassermolekül die Linien, die das Sauerstoffatom mit jedem der Wasserstoffatome verbinden, einen Winkel von 104,5 ° zwischen sich. Daher gibt es Wechselwirkungskräfte zwischen Wassermolekülen, die elektrischer Natur sind. Darüber hinaus bildet Wasser aufgrund der besonderen Eigenschaften des Wasserstoffatoms während der Kristallisation eine Struktur, in der jedes Molekül mit vier benachbarten verbunden ist. Diese Struktur ist vereinfacht in Abb. 4.9. Die großen Kugeln sind Sauerstoffatome, die kleinen schwarzen Kugeln sind Wasserstoffatome.

Reis. 4.9. Kristallstruktur von Eis.

In dieser Struktur werden große intermolekulare Abstände realisiert. Wenn also das Eis schmilzt und die Struktur zusammenbricht, nimmt das Volumen pro Molekül ab. Dies führt dazu, dass die Dichte von Wasser höher ist als die Dichte von Eis und Eis auf Wasser schwimmen kann.

Studie 1
WARUM IST DIE DICHTE VON WASSER BEI 4°C AM HÖCHSTEN?

Wasserstoffbindung und Wärmeausdehnung. Nach dem Schmelzen verwandelt sich das Eis in Wasser, dessen Dichte höher ist als die von Eis. Bei einer weiteren Erhöhung der Wassertemperatur nimmt seine Dichte zu, bis die Temperatur 4 °C erreicht. Wenn die Dichte von Wasser bei 0°C 0,99984 g/cm3 beträgt, dann beträgt sie bei 4°C 0,99997 g/cm3. Eine weitere Temperaturerhöhung bewirkt eine Abnahme der Dichte und hat bei 8°C wieder den gleichen Wert wie bei 0°C.

Reis. 4.10. Die kristalline Struktur von Eis (große Kugeln sind Sauerstoffatome).

Dieses Phänomen ist mit dem Vorhandensein einer kristallinen Struktur im Eis verbunden. Alle Details sind in Abb. 4.10, wo der Übersichtlichkeit halber Atome als Kugeln und chemische Bindungen durch durchgezogene Linien dargestellt sind. Ein Merkmal der Struktur ist, dass sich das Wasserstoffatom immer zwischen zwei Sauerstoffatomen befindet und einem von ihnen näher ist. Somit trägt das Wasserstoffatom zur Entstehung einer Kohäsionskraft zwischen zwei benachbarten Wassermolekülen bei. Diese Bindungskraft wird als Wasserstoffbindung bezeichnet. Da Wasserstoffbrückenbindungen nur in bestimmten Richtungen auftreten, ist die Anordnung der Wassermoleküle in einem Eisstück nahezu tetraedrisch. Wenn sich Eis nach dem Schmelzen in Wasser verwandelt, wird ein erheblicher Teil der Wasserstoffbrückenbindungen nicht zerstört, wodurch die Struktur nahezu tetraedrisch mit großen intermolekularen Abständen, die dafür charakteristisch sind, erhalten bleibt. Mit steigender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit der Translations- und Rotationsbewegung von Molekülen zu, wodurch Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen werden, der zwischenmolekulare Abstand abnimmt und die Dichte von Wasser zunimmt.
Parallel zu diesem Prozess tritt jedoch bei Temperaturerhöhung eine Wärmeausdehnung des Wassers auf, die zu einer Abnahme seiner Dichte führt. Der Einfluss dieser beiden Faktoren führt dazu, dass die maximale Dichte von Wasser bei 4 °C erreicht wird. Bei Temperaturen über 4°C beginnt der Faktor der Wärmeausdehnung zu überwiegen und die Dichte nimmt wieder ab.

Studie 2
EIS BEI NIEDRIGEN TEMPERATUREN ODER HOHEN DRÜCKEN

Eissorten. Da sich bei der Kristallisation von Wasser die zwischenmolekularen Abstände vergrößern, ist die Dichte von Eis geringer als die Dichte von Wasser. Wird ein Stück Eis hohem Druck ausgesetzt, ist zu erwarten, dass sich der zwischenmolekulare Abstand verringert. Indem wir Eis bei 0°C einem Druck von 14 kbar (1 kbar = 987 atm) aussetzen, erhalten wir Eis mit einer anderen Kristallstruktur, dessen Dichte 1,38 g/cm3 beträgt. Wenn Wasser unter einem solchen Druck auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt wird, beginnt es zu kühlen
kristallisieren. Da die Dichte eines solchen Eises höher ist als die von Wasser, können die Kristalle nicht an der Oberfläche bleiben und sinken zu Boden. Dadurch kristallisiert das Wasser im Gefäß von unten beginnend. Diese Art von Eis wird Eis VI genannt; normales Eis - Eis I.
Bei einem Druck von 25 kbar und einer Temperatur von 100 °C erstarrt Wasser zu Eis VII mit einer Dichte von 1,57 g/cm3.

Reis. 4.11. Wasserzustandsdiagramm.

Durch Änderung von Temperatur und Druck können 13 Eissorten hergestellt werden. Die Bereiche der Parameteränderung sind im Zustandsdiagramm (Abb. 4.11) dargestellt. Aus diesem Diagramm können Sie bestimmen, welche Art von Eis einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck entspricht. Die durchgezogenen Linien entsprechen Temperaturen und Drücken, bei denen zwei verschiedene Eisstrukturen koexistieren. Eis VIII hat von allen Eissorten die höchste Dichte von 1,83 g/cm3.
Bei einem relativ niedrigen Druck von 3 kbar liegt Eis II vor, dessen Dichte ebenfalls höher als die von Wasser ist und 1,15 g/cm3 beträgt. Interessant ist, dass bei einer Temperatur von -120 °C die Kristallstruktur verschwindet und das Eis in einen glasigen Zustand übergeht.
Wie bei Wasser und Eis I ist aus dem Diagramm ersichtlich, dass mit zunehmendem Druck der Schmelzpunkt sinkt. Da die Dichte von Wasser höher ist als die von Eis, geht der Übergang "Eis - Wasser" mit einer Volumenabnahme einher und Druck von außen beschleunigt diesen Vorgang nur noch. Bei Eis III, dessen Dichte höher als die von Wasser ist, verhält es sich genau umgekehrt – sein Schmelzpunkt steigt mit steigendem Druck.

Es besteht kein Zweifel, dass Eis auf Wasser schwimmt; Jeder hat es hunderte Male sowohl auf dem Teich als auch auf dem Fluss gesehen.

Aber wie viele haben sich über diese Frage Gedanken gemacht: Verhalten sich alle Festkörper wie Eis, schwimmen sie also in den beim Schmelzen entstehenden Flüssigkeiten?

Schmelzen Sie Paraffin oder Wachs in einem Glas und werfen Sie ein weiteres Stück der gleichen festen Substanz in diese Flüssigkeit, es wird sofort sinken. Dasselbe wird mit Blei und mit Zinn und mit vielen anderen Substanzen geschehen. Es zeigt sich, dass feste Körper in der Regel immer in den beim Schmelzen entstehenden Flüssigkeiten untergehen.

Beim Umgang mit Wasser sind wir so sehr an das gegenteilige Phänomen gewöhnt, dass wir diese für alle anderen Stoffe charakteristische Eigenschaft oft vergessen. Es muss daran erinnert werden, dass Wasser in dieser Hinsicht eine seltene Ausnahme darstellt. Nur die Metalle Wismut und Gusseisen verhalten sich wie Wasser.

Wäre Eis schwerer als Wasser und würde nicht an der Oberfläche bleiben, sondern absinken, dann würde das Wasser auch in tiefen Stauseen im Winter vollständig gefrieren. Tatsächlich: Eis, das auf den Grund des Teiches fällt, würde die unteren Wasserschichten nach oben drücken, und dies würde passieren, bis sich das gesamte Wasser in Eis verwandelt hätte.

Wenn Wasser jedoch gefriert, ist das Gegenteil der Fall. In dem Moment, in dem Wasser zu Eis wird, nimmt sein Volumen plötzlich um etwa 10 Prozent zu, und Eis ist weniger dicht als Wasser. Deshalb schwimmt es im Wasser, wie jeder Körper in einer Flüssigkeit mit hoher Dichte schwimmt: ein Eisennagel in Quecksilber, ein Korken in Öl usw. Wenn wir die Dichte von Wasser als gleich eins betrachten, dann die Dichte von Eis wird nur 0,91 sein. Mit dieser Zahl können wir die Dicke der auf dem Wasser schwimmenden Eisscholle ermitteln. Wenn die Höhe der Eisscholle über dem Wasser beispielsweise 2 Zentimeter beträgt, können wir daraus schließen, dass die Unterwasserschicht der Eisscholle 9-mal dicker ist, dh 18 Zentimeter, und die gesamte Eisscholle 20 Zentimeter dick.

In den Meeren und Ozeanen gibt es manchmal riesige Eisberge - Eisberge (Abb. 4). Das sind Gletscher, die vom Polargebirge abgerutscht sind und von Strömung und Wind ins offene Meer getragen werden. Ihre Höhe kann 200 Meter erreichen, und das Volumen - mehrere Millionen Kubikmeter. Neun Zehntel der gesamten Masse des Eisbergs sind unter Wasser verborgen. Daher ist es sehr gefährlich, sich mit ihm zu treffen. Bemerkt das Schiff den sich bewegenden Eisriesen nicht rechtzeitig, kann es bei einer Kollision schwer beschädigt oder sogar getötet werden.

Die plötzliche Volumenzunahme, wenn sich flüssige Coda in Eis verwandelt, ist ein wichtiges Merkmal von Wasser. Diese Eigenschaft muss in der Praxis oft berücksichtigt werden. Wenn Sie ein Fass Wasser in der Kälte stehen lassen, zerbricht das gefrierende Wasser das Fass. Aus dem gleichen Grund sollten Sie in einer kalten Garage kein Wasser im Kühler eines Autos lassen. Bei starkem Frost müssen Sie auf die geringste Unterbrechung der Warmwasserversorgung durch die Wasserheizungsrohre achten: Wasser, das im Außenrohr stehen geblieben ist, kann schnell gefrieren, und dann platzt das Rohr.

In Felsspalten gefrierendes Wasser ist oft die Ursache für Bergstürze.

Betrachten wir nun ein Experiment, das in direktem Zusammenhang mit der Ausdehnung von Wasser bei Erwärmung steht. Der Aufbau dieses Experiments erfordert eine spezielle Ausrüstung, und es ist unwahrscheinlich, dass einer der Leser es zu Hause reproduzieren kann. Ja, das ist keine Notwendigkeit; Erfahrung ist leicht vorstellbar, und wir werden versuchen, ihre Ergebnisse an Beispielen zu bestätigen, die jedem gut bekannt sind.

Nehmen wir ein sehr starkes Metall, vorzugsweise einen Stahlzylinder (Abb. 5), gießen Sie einen kleinen Schuss auf den Boden, füllen Sie es mit Wasser, befestigen Sie den Deckel mit Schrauben und beginnen Sie, die Schraube zu drehen. Da das Wasser nur sehr wenig komprimiert, müssen Sie nicht lange an der Schraube drehen. Bereits nach wenigen Umdrehungen steigt der Druck im Inneren des Zylinders auf Hunderte von Atmosphären an. Wenn der Zylinder jetzt sogar um 2-3 Grad unter Null gekühlt wird, gefriert das Wasser darin nicht. Aber wie können Sie sich dessen sicher sein? Wenn Sie den Zylinder öffnen, verwandelt sich das Wasser bei dieser Temperatur und diesem atmosphärischen Druck sofort in Eis, und wir werden nicht wissen, ob es unter Druck flüssig oder fest war. Hier helfen uns gegossene Pellets. Wenn der Zylinder abgekühlt ist, drehen Sie ihn um. Bei gefrorenem Wasser liegt der Schrot unten, bei nicht gefrorenem Wasser sammelt sich der Schrot am Deckel. Lösen wir die Schraube. Der Druck wird fallen und das Wasser wird definitiv gefrieren. Nachdem wir den Deckel entfernt haben, stellen wir sicher, dass sich der gesamte Schuss in der Nähe des Deckels gesammelt hat. Unter Druck stehendes Wasser fror also tatsächlich bei Minusgraden nicht ein.

Erfahrungsgemäß sinkt der Gefrierpunkt von Wasser mit zunehmendem Druck um etwa ein Grad pro 130 Atmosphären.

Wenn wir anfangen würden, unsere Argumentation auf der Grundlage von Beobachtungen vieler anderer Substanzen aufzubauen, müssten wir zum gegenteiligen Schluss kommen. Druck hilft Flüssigkeiten normalerweise beim Erstarren: Unter Druck gefrieren Flüssigkeiten bei einer höheren Temperatur, und das ist nicht verwunderlich, wenn man bedenkt, dass die meisten Substanzen im Volumen schrumpfen, wenn sie sich verfestigen. Druck bewirkt eine Volumenverringerung und erleichtert dadurch den Übergang eines flüssigen in einen festen Zustand. Wie wir bereits wissen, nimmt Wasser beim Erstarren nicht an Volumen ab, sondern dehnt sich im Gegenteil aus. Daher senkt der Druck, der die Ausdehnung des Wassers verhindert, seinen Gefrierpunkt.

Es ist bekannt, dass in den Ozeanen in großen Tiefen die Wassertemperatur unter Null Grad liegt, und dennoch gefriert das Wasser in diesen Tiefen nicht. Dies erklärt sich durch den Druck, der die oberen Wasserschichten erzeugt. Eine einen Kilometer dicke Wasserschicht drückt mit einer Kraft von etwa hundert Atmosphären.

Wenn Wasser eine normale Flüssigkeit wäre, würden wir kaum das Vergnügen haben, auf Eis zu laufen. Es wäre dasselbe, als würde man auf perfekt glattem Glas rollen. Schlittschuhe rutschen nicht auf Glas. Auf Eis ist das ganz anders. Eislaufen ist ganz einfach. Wieso den? Unter dem Gewicht unseres Körpers übt die dünne Kufe des Schlittschuhs einen ziemlich starken Druck auf das Eis aus, und das Eis unter dem Schlittschuh schmilzt; Es bildet sich ein dünner Wasserfilm, der als hervorragendes Gleitmittel dient.