Proč led plave na vodě
Led plave proto, že je lehčí než voda, ze které vznikl. To je mezi běžnými látkami výjimka. Skoro všechno se při tuhnutí smrští a klesne ke dnu, voda se ale při zamrzání roztáhne zhruba o desetinu objemu. Důvodem je způsob, jakým se molekuly vody při ztuhnutí uspořádají.
Text vysvětluje, proč k roztažení dochází, proč to má zásadní význam pro život v rybnících a proč kvůli tomu praskají potrubí.
V kostce: molekula vody má na sobě náboj rozložený nerovnoměrně a molekuly se proto k sobě váží vodíkovými můstky. V ledu se srovnají do pravidelné šestiúhelníkové mřížky, ve které je mezi nimi víc prostoru než v kapalině. Objem vzroste, hustota klesne a led plave. Nejvyšší hustotu má voda kolem čtyř stupňů, ne u bodu mrazu, a proto se rybníky nepromrzají ode dna.
Proč se voda při mrznutí roztáhne
V kapalné vodě se molekuly volně přeskupují a mohou se k sobě dostat blízko. Při tuhnutí se ale uspořádají do pevné mřížky, ve které každá molekula drží čtyři sousedy v určitých úhlech. Takové uspořádání je prostorově náročnější a mezi molekulami zůstanou dutiny.
Výsledkem je, že stejné množství vody zabere v ledu větší objem. Hustota klesne a kus ledu se ve vodě vznáší, přičemž nad hladinu vyčnívá jen menší část.
Proč je voda nejtěžší kolem čtyř stupňů
Při ochlazování se voda nejprve chová běžně a smršťuje se. Zhruba u čtyř stupňů ale začne převažovat tvorba uspořádaných shluků, které zabírají víc místa, a objem se opět zvětšuje. Nejvyšší hustotu má voda právě kolem této teploty.
Co to znamená pro rybník
Na podzim se ochlazená povrchová voda propadá ke dnu, dokud celá nádrž nedosáhne čtyř stupňů. Potom už se další ochlazená voda propadat přestane, protože je lehčí, a zůstane nahoře, kde zamrzne. Ledová vrstva pak funguje jako izolace a u dna zůstává voda kolem čtyř stupňů.
Proč je to podmínka života
Kdyby led klesal ke dnu, nádrže by promrzaly odspodu a v mírném pásu by v zimě vymrzly. Ryby a další organismy přežívají právě díky tomu, že se led drží nahoře a spodní vrstva zůstává kapalná.
Proč praskají potrubí a lahve
Voda uzavřená v trubce nebo v plné láhvi nemá při zamrzání kam expandovat. Vznikne obrovský tlak, který materiál roztrhne. Praskliny se často objeví až po oblevě, kdy led roztaje a voda začne unikat, proto se škoda odhalí se zpožděním.
Jak tomu předejít
Nenechávat plné lahve s vodou v mrazáku bez místa na expanzi, vypouštět venkovní kohouty a hadice před zimou a zajistit, aby potrubí v nevytápěných prostorách bylo izolované nebo prázdné. Stejně tak nedávat do mrazáku zcela zaplněné sklenice.
Proč se ledovce chovají stejně
Z ledovce vyčnívá nad hladinu jen malá část a většina objemu je pod vodou. Rozdíl mezi hustotou ledu a mořské vody určuje poměr obou částí. U mořské vody, která je díky soli hustší, vyčnívá o něco větší podíl než ve vodě sladké.
Proč tání ledu v nápoji hladinu nezvedne
Plovoucí kus ledu vytlačuje přesně tolik vody, kolik sám váží. Když roztaje, zaplní právě ten objem, který předtím vytlačoval, a hladina se nezmění. Jinak je to u ledu, který leží na pevnině: ten po roztátí do moře přibude a hladinu zvedne.
Proč se led kloužu i bez vody na povrchu
Na povrchu ledu existuje velmi tenká pohyblivá vrstva, která se chová napůl jako kapalina, a k tomu se pod tlakem a třením vytváří další voda. Ta funguje jako mazivo. Právě proto je led kluzký a proto se kluzkost mění s teplotou: při silném mrazu je led méně kluzký než těsně pod nulou.
Kde se stejný jev objevuje
Zvětrávání skal mrazem, kdy voda ve spárách zamrzne a horninu roztrhne. Poškození dlažby a betonu v zimě. Prasklé chladiče u aut bez nemrznoucí směsi. A také to, že se led v šálku drží nahoře, zatímco kostka zmrzlého oleje ve stejné tekutině klesne ke dnu.
Proč se ledová kostka v nápoji drží u hladiny nakřivo
Nad hladinu vyčnívá zhruba desetina objemu a kostka se natočí tak, aby byla v nejstabilnější poloze. Když se spodní část odtaví rychleji než horní, těžiště se posune a kostka se převrátí. Proto se kostky v sklenici během tání samy přetáčejí.
Proč led chladí nápoj účinněji než studená voda
Aby led roztál, musí přijmout značné množství tepla, aniž by se přitom ohřál. Toto teplo bere z nápoje, a proto kostka o nule ochladí sklenici mnohem víc než stejné množství vody o nule. Chlazení pokračuje po celou dobu tání.
Proč je ledovcová voda modrá
Tlustá vrstva ledu pohlcuje červenou složku světla silněji než modrou, takže hluboké trhliny v ledovci působí modře. U tenké kostky v sklenici to vidět není, protože vrstva je na projevení tohoto jevu příliš slabá.
Časté otázky
Proč led plave?
Při zamrzání se voda roztáhne, takže led má nižší hustotu než kapalná voda.
O kolik se voda při zamrznutí roztáhne?
Zhruba o desetinu objemu.
Je to běžné i u jiných látek?
Není. Většina látek se při tuhnutí smrští a pevná fáze klesá ke dnu.
Při jaké teplotě je voda nejtěžší?
Kolem čtyř stupňů, ne u bodu mrazu.
Proč rybníky nepromrzají ode dna?
Voda o teplotě kolem čtyř stupňů je nejtěžší a zůstane u dna, zatímco lehčí studenější voda zamrzá u hladiny.
Proč praskne láhev s vodou v mrazáku?
Led potřebuje větší objem a v uzavřené nádobě nemá kam expandovat.
Zvedne roztátí ledu v nápoji hladinu?
Nezvedne. Plovoucí led vytlačuje právě tolik vody, kolik sám váží.
Kolik ledovce je pod hladinou?
Většina objemu. Nad hladinu vyčnívá jen menší část daná poměrem hustot.
Proč je led kluzký?
Na povrchu je velmi tenká pohyblivá vrstva a při tlaku a tření vzniká další voda, která působí jako mazivo.
Je led kluzký stejně při každé teplotě?
Není. Při silném mrazu bývá méně kluzký než těsně pod nulou.
