Tack på förhand // Andreas, Felicia och Magdalena - NV10, Ådalsskolan
/Magdalena S, Ådalsskolan, Kramfors

Svar:
Hej Magdalena och kompisar!

Anledningen till att is har lägre densitet än vatten är att i is har varje syreatom fyra vätebindningar (se Hydrogen_bond#Water och vätebindning ). Dessa vätebindningar är riktade från centrum till hörnen i en tetraeder (Tetrahedron ), se nedanstående bild. När alla fyra vätebindningarna är aktiva (för is) tar vattenmolekylerna mer plats, vilket gör att densiteten blir lägre än i vatten där de "hål" som finns kan fyllas ut av atomer, se bilden i fråga 15410 .

Anledningen till att is har strukturen med vätebindningar är att denna struktur har den lägsta energin (mest bundet). Alla fysikaliska system strävar mot del lägsta tillståndet - ofta kallat grundtillståndet.

Vattnets densitet är maximal vid 4^oC. För lägre temperatur minskar densiteten för att strukturen mer och mer börjar likna is (vätebindningar bildas). För högre temperatur är densiteten lägre för att värmerörelsen ökar så att varje vattenmolekyl "tar mer plats".

Vinklarna mellan atomerna (t.ex. 104^o mellan väteatomerna i den fria vattenmolekylen, se Water Structure and Science ) bestäms av elektronstukturen. Även här gäller att molekylen vill befinna sig i det tillstånd som har lägst energi.

Varför har då vatten inte fyra vätebindningar utan har mer fri struktur som tillåter molekylerna att packas tätare ihop? Anledning är värmerörelsen. Om man värmer is kommer vattenmolekylerna att vibrera mer och mer tills dom vibrerar så mycket att några av vätebindningarna bryts upp. Man kan också uttrycka det så att en del av energin i värmerörelsen lånas för att bryta upp några av vätebindningarna.

Länk 1 är en ganska lättläst artikel om isens struktur. Länk 2 är en Java-applet som på ett trevligt sätt visar vattnets och isens struktur.

Nyckelord: vatten/is [42];

1 http://web.archive.org/web/20060522104407/http://mdp2.phys.ucl.ac.uk/Talks/Ice/Ice.html
2 http://www.edinformatics.com/interactive_molecules/ice.htm