Tvättar eller flyter tungt is?

Medan vanlig is flyter i vatten sjunker isbitar med tungt vatten i vanligt vatten. Is tillverkad av tungt vatten kan dock förväntas flyta i ett glas tungt vatten.

Tungt vatten är vatten tillverkat med väteisotop deuterium snarare än den vanliga isotopen (protium). Deuterium har en proton och en neutron, medan protium endast har protonen i sin atomkärna. Detta gör deuterium dubbelt så massivt som protium.

Flera faktorer påverkar beteendet hos tungvattenis

Deuterium bildar starkare vätebindningar än protium, så bindningarna mellan väte och syre i tunga vattenmolekyler kan förväntas påverka de vatten tunga vattenmolekylerna packar när ämnet ändras från en vätska till ett fast ämne.

1. Även om deuterium är mer massivt än protium, är storleken på varje atom densamma, eftersom det är elektronskalet som bestämmer sin atomstorlek, inte storleken på en atoms kärna.
2. Varje vattenmolekyl består av ett syre bundet till två väteatomer, så det finns inte någon enorm massskillnad mellan en tung vattenmolekyl och en vanlig vattenmolekyl eftersom större delen av massan kommer från syreatomen. Vid mätning är tungt vatten cirka 11% tätare än vanligt vatten.

Medan forskare kunde göra en förutsägelse om tungvattenis skulle flyta eller sjunka krävde det experiment för att se vad som skulle hända. Det visar sig att tungt vatten isen sjunker i vanligt vatten. Den troliga förklaringen är att varje tungt vattenmolekyl är något mer massivt än en vanlig vattenmolekyl och tunga vattenmolekyler kan packa närmare än vanliga vattenmolekyler när de bildar is.