Densità del ghiaccio
Quanto vale la densità del ghiaccio?
Volete sapere quanto vale la densità del ghiaccio?
Ve lo diciamo subito.
Alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atm, la densità del ghiaccio è pari a 916,8 kg/m3.
kg/m3 è l'unità di misura della densità.
Ciò significa che, alla temperatura di 0°C, 1 m3 di ghiaccio ha una massa di 916,8 kg.
Essendo la densità del ghiaccio (916,8 kg/m3) inferiore alla densità dell'acqua (999,8 kg/m3), si ha che il ghiaccio galleggia sull'acqua.
Questo fenomeno, seppur deleterio per le tubazioni dell'acqua nei mesi invernali (il ghiaccio aumenta di volume e rompe le tubature), è fondamentale per la continuazione della vita negli ambienti acquatici: lo strato di ghiaccio che si forma sulle superfici di laghi, stagni, etc... non va ad accumularsi sul fondo, bensì galleggia (proprio perché di densità inferiore a quella del liquido) isolando termicamente l'acqua liquida sottostante e proteggendo gli organismi acquatici che vi si trovano.
La densità del ghiaccio in kg/dm3 e g/cm3
Volendo esprimere la densità del ghiaccio in kg/dm3 o in g/cm3, si ha che:
916,8 kg/m3 = 916,8 kg / (1000 dm3) = 0,9168 kg / dm3
0,9168 kg / dm3 = 0,9168 · (1000 g) / (1000 cm3) = 0,9168 g/cm3
Comportamento anomalo della densità del ghiaccio
Passando dallo stato solido (d = 0,9168 g/cm3) allo stato liquido (d = 0,9998 g/cm3) la densità dell'acqua aumenta.
Solidi che fondendo aumentano di densità sono assai rari e pertanto l'acqua ha un comportamento anomalo.
Il motivo di tale anomalia è da ricercarsi nella formazione dei legami a idrogeno. Ciascuna molecola di H2O allo stato solido può formare infatti 4 legami a idrogeno con altre 4 molecole H2O dando vita ad una struttura tetraedrica, che è una struttura aperta.
I legami a idrogeno sono legami chimici direzionali e per loro stessa natura tendono ad allontanare le molecole di acqua.
Nella fusione del ghiaccio una elevata percentuale di legami idrogeno vengono rotti (circa il 20-30%).
Nella rottura dei legami a idrogeno, le molecole di H2O possono impacchettarsi in modo più compatto, e di conseguenza si ha una diminuzione di volume e quindi un aumento di densità (si ricordi che d = m / V).
Riassumendo
l legame a idrogeno spiega il motivo per cui la densità del ghiaccio è inferiore a quella dell'acqua.
Infatti quando l'acqua congela le molecole sono costrette a distanziarsi per formare la struttura esagonale ordinata tipica del ghiaccio meno densa della struttura disordinata tipica dell'acqua allo stato liquido:
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