Warum geht ein Eiswürfel nicht unter?

Warum schwebt ein Eiswürfel?

Im Gegensatz zu den meisten Substanzen dehnt sich Wasser beim Abkühlen zwischen 4 °C und 0 °C aus. Dieser ungewöhnliche Effekt, bekannt als “anomale Ausdehnung”, führt dazu, dass Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser aufweist.

Dichte und Auftrieb

Die Dichte eines Objekts beschreibt seine Masse pro Volumeneinheit. Wenn ein Objekt eine niedrigere Dichte als die umgebende Flüssigkeit hat, schwimmt es auf. Das liegt daran, dass die nach oben gerichtete Auftriebskraft, die durch die verdrängte Flüssigkeit entsteht, größer ist als die nach unten gerichtete Gewichtskraft.

Eisschwimmen

Im Fall von Eis beträgt die Dichte etwa 0,917 g/cm³, während die Dichte von flüssigem Wasser bei 4 °C 1,000 g/cm³ beträgt. Diese geringere Dichte bedeutet, dass das Eisvolumen, das ein gegebenes Flüssigkeitsvolumen verdrängt, weniger wiegt als das verdrängte Flüssigkeitsvolumen. Folglich ist die Auftriebskraft auf das Eis größer als seine Gewichtskraft, wodurch es auf der Oberfläche schwimmt.

Anomale Ausdehnung

Die anomale Ausdehnung von Wasser ist eine Folge der Wasserstoffbrückenbindungen, die zwischen Wassermolekülen bestehen. Wenn Wasser abkühlt, ordnen sich diese Wasserstoffbrückenbindungen allmählich in einer offeneren, weniger dichten Struktur an. Dies führt zur Ausdehnung des Wassers und damit zur Verringerung seiner Dichte.

Auswirkungen

Das Schwimmen von Eis hat wichtige Auswirkungen auf die aquatische Ökologie. Eiswürfel bilden eine isolierende Schicht auf der Oberfläche von Gewässern, die darunter liegende Pflanzen und Tiere vor extremen Temperaturen schützt. Darüber hinaus kann schwimmendes Eis für Tiere als Plattform zum Ausruhen und Jagen dienen.