Is flyter eftersom vatten utvidgar sig när det fryser. Is väger omkring 0,917 gram per kubikcentimeter, nästan nio procent mindre än flytande vatten. Det är ovanligt, eftersom de flesta ämnen blir tätare när de stelnar. Vatten fryser vid 0 grader vid normalt lufttryck, men är tätast redan vid omkring 4 grader. Den egenheten gör att sjöar fryser uppifrån och att fiskarna överlever vintern i vatten på fyra grader längst ned.
Därför utvidgar sig vatten när det fryser
En vattenmolekyl består av en syreatom och två väteatomer i en vinkel. Molekylerna dras till varandra med vätebindningar. I flytande vatten bryts och bildas bindningarna hela tiden så att molekylerna kan packas tätt. När vattnet fryser låses varje molekyl i ett sexkantigt kristallgaller med mycket tomrum. Samma sexkantiga mönster syns i snöflingorna.
Tätast vid fyra grader
När vatten kyls av drar det först ihop sig som de flesta ämnen. Vid omkring 4 grader börjar de första ordnade strukturerna bildas. Därefter utvidgar sig vattnet igen när det kyls ytterligare. Därför är vatten på 4 grader tyngst.
Så fryser en sjö
- På hösten kyls ytvattnet av luften. Det blir tyngre och sjunker medan varmare vatten stiger upp. Sjön blandas om.
- När hela sjön har nått omkring 4 grader upphör omblandningen. Vatten som kyls ytterligare blir lättare och stannar vid ytan.
- Ytan fryser till is. Isen isolerar vattnet under, så bottnen ligger kvar kring 4 grader hela vintern.
Om is i stället sjönk skulle sjöarna frysa nedifrån och upp och kunna bottenfrysa helt. Livet i svenska sjöar skulle se helt annorlunda ut.
Saltvatten fryser vid lägre temperatur
Salt sänker fryspunkten. Havsvatten med normal salthalt, omkring 3,5 procent, fryser först vid ungefär minus 1,9 grader. Östersjön är bräckt med betydligt lägre salthalt. Dess fryspunkt ligger därför nära noll. Samma princip gör att saltade vägar inte blir isiga lika lätt.
Underkylt vatten
Rent vatten kan bli betydligt kallare än noll grader utan att frysa om det inte finns något för iskristallerna att börja växa på. Det kallas underkylning. Mycket rent vatten kan i laboratorier hållas flytande ned till omkring minus 42 grader. Underkylda regndroppar som fryser när de träffar marken ger den farliga isbark som kallas underkylt regn.
Bär isen?
Hur tjock is som behövs beror på isens kvalitet. Råden skiljer sig också mellan olika organisationer. Finska Forststyrelsen skriver att fast is som är tio centimeter tjock bär en person och att en grupp behöver ännu tjockare is. Is som legat i vårsol kan brista även om den är 30 centimeter tjock. Ta alltid med isdubbar och gå aldrig ensam på isen.
Vanliga frågor
Vid vilken temperatur fryser vatten?
Vid 0 grader vid normalt lufttryck. Saltvatten fryser vid lägre temperatur och rent vatten kan underkylas.
Vad är vattnets densitet?
Ungefär 1 gram per kubikcentimeter, som mest 0,99997 vid omkring 4 grader. Is har densiteten 0,917.
Varför fryser sjöar uppifrån?
Vatten är tätast vid 4 grader. Kallare vatten och is är lättare och lägger sig överst.
Källor
- Wikipedia: Properties of water.
- Forststyrelsen, Finland: Säkerhet vid isfärder.