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

Почему лёд плавает в воде? — Джордж Зайдан и Чарльз Мортон

Переводчик: Kateryna Mysak Редактор: Aliaksandr Autayeu

Water is the liquid of life.

Вода — это жизнь.

We drink it,

Мы её пьём,

we bathe in it,

мы в ней купаемся,

we farm,

cook,

мы ею орошаем,

мы в ней готовим,

and clean with it.

а также моем ей.

It's the most abundant molecule in our bodies.

Это самая распространённая молекула в нашем теле.

In fact, every life form we know of

Любая форма жизни, знакомая нам,

would die without it.

погибла бы без воды.

But most importantly, without water,

Но самое главное: без воды

we wouldn't have

у нас не было бы

iced tea.

чая со льдом.

Mmmm, iced tea.

Мм-м-м, чай со льдом.

Why do these ice cubes float?

Почему эти кубики льда плавают?

If these were cubes of solid argon

Если бы это были кубики твёрдого аргона

in a cup of liquid argon,

в чашке с жидким аргоном,

they would sink.

они бы пошли ко дну.

And the same goes for most other substances.

То же самое произошло бы и с большинством других веществ.

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

Но твёрдая вода, то есть лёд,

is somehow less dense than liquid water.

почему-то обладает меньшей плотностью, чем жидкая вода.

How's that possible?

Каким образом?

You already know that every water molecule

Вы уже знаете, что каждая молекула воды

is made up of two hydrogen atoms

состоит из двух атомов водорода,

bonded to one oxygen atom.

связанных с одним атомом кислорода.

Let's look at a few of the molecules

Давайте взглянем на некоторые из молекул

in a drop of water,

в капле воды

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

при температуре, допустим, 25 градусов Цельсия.

The molecules are bending,

Молекулы изгибаются,

stretching,

растягиваются,

spinning,

and moving through space.

вращаются

и перемещаются в пространстве.

Now, let's lower the temperature,

Теперь мы понизим температуру,

which will reduce the amount of kinetic energy

что позволит сократить величину кинетической энергии,

each of these molecules has

имеющейся в каждой из этих молекул.

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

Тогда они будут меньше изгибаться, растягиваться, вращаться и перемещаться.

And that means that on average,

А это означает, что в среднем

they'll take up less space.

они будут занимать меньше пространства.

Now, you'd think that as the liquid water

Вы подумаете, что как только жидкая вода

starts to freeze,

начинает замерзать,

the molecules would just pack together

молекулы просто упакуются

more and more closely,

более тесно,

but that's not what happens.

но всё не так.

Water has a special kind

Молекулы воды,

of interaction between molecules

в отличие от большинства других веществ,

that most other substances don't have,

связаны по-особому.

and it's called a hydrogen bond.

Эта связь называется «водородная связь».

Now, remember that in a covalent bond

Теперь вспомним, что в ковалентной связи

two electrons are shared,

два электрона распределяются,

usually unequally,

обычно неравномерно,

between atoms.

между атомами.

In a hydrogen bond,

При водородной связи

a hydrogen atom is shared, also unequally,

атом водорода распределяется, также неравномерно,

between atoms.

между атомами.

One hydrogen bond looks like this.

Вот пример водородной связи.

Two look like this.

Два соединения выглядят вот так.

Here's three

А вот три.

and four

И четыре,

and five,

и пять,

six,

шесть,

seven,

eight,

семь,

восемь,

nine,

ten,

девять,

десять,

eleven,

twelve,

одиннадцать,

двенадцать.

I could go on.

И так бесконечно.

In a single drop of water,

В одной капле воды

hydrogen bonds form extended networks

водородные связи образуют расширенные сети

between hundreds, thousands, millions,

между сотнями, тысячами, миллионами,

billions, trillions of molecules,

миллиардами, триллионами молекул.

and these bonds are constantly breaking and reforming.

И эти связи постоянно ломаются и перестраиваются.

Now, back to our water as it cools down.

Вернёмся к нашей воде, которая остывает.

Above 4 degrees Celcius,

При температуре выше 4 градусов по Цельсию,

the kinetic energy of the water molecules

кинетическая энергия молекул воды низкая,

keeps their interactions with each other short.

и молекулы взаимодействуют минимально.

Hydrogen bonds form and break

Водородные связи формируются и разрываются,

like high school relationships,

как отношения в старших классах,

that is to say, quickly.

то есть быстро.

But below 4 degrees,

Но ниже 4 градусов

the kinetic energy of the water molecules

кинетическая энергия молекул воды

starts to fall below the energy

начинает падать ниже энергии

of the hydrogen bonds.

водородных связей.

So, hydrogen bonds form much more frequently

Водородные связи формируются гораздо чаще,

than they break

чем они ломаются,

and beautiful structures start to emerge

и, таким образом, появляются красивые структуры

from the chaos.

на месте хаоса.

This is what solid water, ice,

Вот как выглядит твёрдая вода, лёд,

looks like on the molecular level.

на молекулярном уровне.

Notice that the ordered, hexagonal structure

Посмотрите на эту упорядоченную шестиугольную структуру.

is less dense than the disordered structure

Она менее плотная, чем хаотичная структура

of liquid water.

жидкой воды.

And you know that if an object is less dense

А мы знаем, что объект, менее плотный,

than the fluid it's in,

чем жидкость, в которой он находится,

it will float.

будет всплывать.

So, ice floats on water,

Таким образом, лёд плавает на поверхности воды.

so what?

Ну и что?

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

Давайте посмотрим на мир без плавающего льда.

The coldest part of the ocean

Самой холодной частью океана

would be the pitch-black ocean floor,

стало бы его тёмное дно.

once frozen, always frozen.

Однажды замёрзнув, оно бы оставалось таким навсегда.

Forget lobster rolls

Забудьте сэндвичи из омаров,

since crustaceans would lose their habitats,

так как ракообразные потеряли бы свою среду обитания.

or sushi since kelp forests wouldn't grow.

Забудьте о суши, так как не было бы зарослей водорослей.

What would Canadian kids do in winter

А что бы делали канадские дети зимой

without pond hockey or ice fishing?

без хоккея на прудах или зимней рыбалки?

And forget James Cameron's Oscar

А ещё забудьте, что Джеймс Камерон получил Оскара за фильм «Титаник»,

because the Titanic totally would have made it.

потому что Титаник бы доплыл до цели.

Say goodbye to the white polar ice caps

Попрощайтесь с белой полярной шапкой,

reflecting sunlight

отражающей солнечный свет,

that would otherwise bake the planet.

который бы в противном случае спалил планету.

In fact, forget the oceans as we know them,

Собственно, забудьте и океаны,

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

которые покрывают более 70% поверхности Земли,

regulate the atmosphere of the whole planet.

регулирующих атмосферу всей планеты.

But worst of all,

И самое ужасное:

there would be no iced tea.

не было бы никакого чая со льдом.

Mmmmm, iced tea.

Mм-м-м… чай со льдом.