Why does ice float in water? - George Zaidan and Charles Morton

المترجم: Abd Al-Rahman Al-Azhurry المدقّق: Anwar Dafa-Alla

Water is the liquid of life.

الماء هو سائل الحياة .

We drink it,

فنحن نشربه

we bathe in it,

ونستحم فيه

we farm,

cook,

ونزرع

ونطبخ

and clean with it.

وننظف باستخدامه .

It's the most abundant molecule in our bodies.

إنه الجزيء الأكثر توافراً في أجسادنا .

In fact, every life form we know of

في الواقع أن كل أشكال الحياة التي نعرفها

would die without it.

ستموت من دونه .

But most importantly, without water,

والأهم من كل ذلك ، بدون الماء

we wouldn't have

لن نتمكن من الحصول على

iced tea.

الشاي المثلج .

Mmmm, iced tea.

مممم ، الشاي المثلج .

Why do these ice cubes float?

لماذا تطفوا مكعبات الثلج هذه ؟

If these were cubes of solid argon

لو كانت هذه مكعبات "آرغون" صلبة

in a cup of liquid argon,

في كأس من الـ"آرغون" السائل

they would sink.

لغرقوا .

And the same goes for most other substances.

وهذا ينطبق على معظم العناصر الأخرى .

But solid water, a.k.a. ice,

ولكن الماء الصلب المعروف بالـ" ثلج"

is somehow less dense than liquid water.

بشكل ما أقل كثافة من الماء السائل .

How's that possible?

كيف يعقل هذا ؟

You already know that every water molecule

تعلم مسبقاً أن كل جزيء ماء

is made up of two hydrogen atoms

مكون من ذرتي هيدروجين

bonded to one oxygen atom.

مرتبطتان مع ذرة أوكسجين .

Let's look at a few of the molecules

لنلقي نظرة على بعض الجزيئات

in a drop of water,

في قطرة ماء

and let's say the temperature is 25 degrees Celcius.

ولنفترض أن درجة الحرارة 25 درجة مئوية .

The molecules are bending,

الجزيئات تنحني

stretching,

تتمدد

spinning,

and moving through space.

تدور

وتتحرك في الفراغ .

Now, let's lower the temperature,

الآن لنخفض درجة الحرارة

which will reduce the amount of kinetic energy

والذي سيقلل من الطاقة الحركية

each of these molecules has

التي تمتلكها كل من هذه الجزيئات

so they'll bend, stretch, spin, and move less.

لذا سوف تنحني وتتمدد وتدور وتتحرك بشكل أقل .

And that means that on average,

مما يعني أنه في المتوسط

they'll take up less space.

سيأخذون مساحةً أقل .

Now, you'd think that as the liquid water

قد تعتقد أن الماء السائل

starts to freeze,

كلما تجمد

the molecules would just pack together

كلما تراصت الجزيئات سوية

more and more closely,

بشكل أقرب إلى بعضها البعض

but that's not what happens.

ولكن هذا ليس ما يحدث .

Water has a special kind

يمتلك الماء نوعاً خاصاً

of interaction between molecules

من التفاعلات بين جزيئاته

that most other substances don't have,

والذي لا تمتلكه معظم العناصر الأخرى

and it's called a hydrogen bond.

والذي يدعى بـرابطة الهيدروجين .

Now, remember that in a covalent bond

تذكر أن الرابطة التشاركية

two electrons are shared,

يتم فيها تشارك إلكترونان

usually unequally,

بشكل غير متكافئ غالباً

between atoms.

ما بين الذرات .

In a hydrogen bond,

في الرابطة الهيدروجينية

a hydrogen atom is shared, also unequally,

يتم تشارك ذرة هيدروجين أيضاً بشكل غير متكافئ

between atoms.

بين الذرات .

One hydrogen bond looks like this.

هكذا تبدو رابطة هيدروجينية واحدة .

Two look like this.

وهكذا تبدو رابطتان .

Here's three

وهذه ثلاثة

and four

وأربعة

and five,

وخمسة

six,

وستة

seven,

eight,

وسبعة

وثمانية

nine,

ten,

وتسعة

وعشرة

eleven,

twelve,

وأحد عشر

واثنا عشر

I could go on.

وتستمر أكثر .

In a single drop of water,

في نقطة ماء واحدة

hydrogen bonds form extended networks

تشكل الروابط الهيدروجينية شبكات

between hundreds, thousands, millions,

بين مئات ، آلاف ، ملايين

billions, trillions of molecules,

مليارات وترليونات الجزيئات

and these bonds are constantly breaking and reforming.

وهذه الروابط تنفصم وتتشكل بشكل مستمر .

Now, back to our water as it cools down.

لنعد الآن إلى الماء الذي تركناه يبرد .

Above 4 degrees Celcius,

فوق 4 درجات مئوية

the kinetic energy of the water molecules

كانت الطاقة الحركية لجزيئات الماء

keeps their interactions with each other short.

تبقي التفاعلات بينها قصيرة .

Hydrogen bonds form and break

وروابط الهيدروجين تنفصم وتتشكل

like high school relationships,

كعلاقات المدرسة الثانوية

that is to say, quickly.

بكلمات أخرى ، بشكل سريع .

But below 4 degrees,

ولكن تحت الدرجة 4 مئوية

the kinetic energy of the water molecules

تبدأ الطاقة الحركية لجزيئات الماء

starts to fall below the energy

بالانخفاض إلى ما دون طاقة

of the hydrogen bonds.

الروابط الهيدروجينية .

So, hydrogen bonds form much more frequently

عندها تتشكل الروابط الهيدروجينية بشكل أكثر

than they break

مما تنفصم

and beautiful structures start to emerge

وتبدأ الهياكل الجميلة بالظهور

from the chaos.

من الفوضى .

This is what solid water, ice,

هكذا يبدو الماء الصلب ، الثلج

looks like on the molecular level.

على مستوى الجزيئات .

Notice that the ordered, hexagonal structure

لاحظ أن الهياكل المرتبة ذات الشكل المسدس

is less dense than the disordered structure

أقل كثافة من الهياكل غير المرتبة

of liquid water.

للماء السائل .

And you know that if an object is less dense

وكما تعلم فإذا كان العنصر أقل كثافة

than the fluid it's in,

من السائل الذي يوجد فيه

it will float.

فإنه يطفو .

So, ice floats on water,

إذاً فالثلج يطفو على الماء

so what?

ماذا يعني هذا ؟

Well, let's consider a world without floating ice.

حسناً ، لنفترض أن العالم بدون الثلج الطافي .

The coldest part of the ocean

عندها ستكون أبرد منطقة في المحيط

would be the pitch-black ocean floor,

هي قاعه شديد الظلام .

once frozen, always frozen.

والذي ما إن تجمد حتى يبقى كذلك للأبد .

Forget lobster rolls

ولتنسى لفافات سرطان البحر

since crustaceans would lose their habitats,

بما أن القشريات قد خسرت مكان عيشها

or sushi since kelp forests wouldn't grow.

ولتنسى السوشي أيضاً بما أن عشب البحر لن ينمو .

What would Canadian kids do in winter

وما الذي سيفعله الأولاد الكنديون في الشتاء

without pond hockey or ice fishing?

من دون صيد السمك في الثلج أو بركة الهوكي ؟

And forget James Cameron's Oscar

ولتنسى جائزة الأوسكار لجيمس كاميرون

because the Titanic totally would have made it.

لأن التايتانك كانت ستصل سالمة إلى وجهتها .

Say goodbye to the white polar ice caps

فلتودع القمم الجليدية القطبية البيضاء

reflecting sunlight

التي تعكس أشعة الشمس

that would otherwise bake the planet.

الأشعة التي لولاها لخُبِزَ الكوكب .

In fact, forget the oceans as we know them,

في الواقع لتنسى المحيطات كما نعرفها

which at over 70% of the Earth's surface area,

التي وهي تشغل أكثر من 70% من مساحة الكرة الأرضية

regulate the atmosphere of the whole planet.

تنظم جو الكوكب كله .

But worst of all,

وأسوأ ما في الأمر

there would be no iced tea.

أنه لن يكون هناك شايٌ مثلج .

Mmmmm, iced tea.

مممممم ، شاي مثلج .