Γιατί το αλμυρό νερό είναι βαρύτερο από το νερό της βρύσης;

Το αλμυρό νερό μπορεί να περιγραφεί ως βαρύτερο από το νερό της βρύσης, υπό την προϋπόθεση ότι αυτό θεωρείται «ανά μονάδα όγκου» νερού. Επιστημονικά, ο όγκος του αλμυρού νερού είναι βαρύτερος από έναν ίσο όγκο νερού της βρύσης, επειδή το αλμυρό νερό έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό της βρύσης. Το νερό της βρύσης είναι σχετικά καθαρό, συνήθως περιέχει μικρές ποσότητες ορυκτών αλάτων και μικρότερες ποσότητες οργανικής ύλης. Τα υδατικά διαλύματα που έχουν υψηλή συγκέντρωση σε διαλυμένα άλατα έχουν πυκνότητες πολύ μεγαλύτερες από το καθαρό ή το νερό της βρύσης.

Πυκνότητα και ειδικό βάρος είναι όροι που περιγράφουν τη συγκέντρωση μιας ουσίας κατά μάζα. Η πυκνότητα ορίζεται ως η μάζα μιας ουσίας ανά μονάδα όγκου, συνήθως εκφρασμένη σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Για παράδειγμα, η πυκνότητα καθαρού νερού στους 39 βαθμούς Φαρενάιτ είναι 1 γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό και η μέση πυκνότητα του θαλασσινού νερού είναι περίπου 1,027 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Το ειδικό βάρος, το οποίο ορίζεται ως ο λόγος της πυκνότητας μιας ουσίας προς την πυκνότητα του νερού, είναι μια μέτρηση που χρησιμοποιείται σε πολλές επιστημονικές εφαρμογές. Για τις περισσότερες ουσίες, η πυκνότητα και το ειδικό βάρος είναι σχεδόν ταυτόσημα σε θερμοκρασία δωματίου.

Η εξήγηση της υψηλότερης πυκνότητας του θαλασσινού νερού βρίσκεται στον τύπο βάρη των ενώσεων αλατιού. Το νερό αποτελείται από τα σχετικά ελαφριά άτομα υδρογόνο και οξυγόνο, τα οποία έχουν ατομικά βάρη ένα και 16, αντίστοιχα. Τα περισσότερα άλατα αποτελούνται από βαρύτερα μεταλλικά άτομα, όπως νάτριο, μαγνήσιο και κάλιο, τα οποία έχουν ατομικά βάρη 23, 24 και 39, αντίστοιχα. Τα μεταλλικά άτομα μπορεί να συνδέονται με άλλα βαριά άτομα, όπως χλώριο, βρώμιο και ιώδιο, τα οποία έχουν ατομικά βάρη 35, 80 και 127, αντίστοιχα. Τα άλατα διαχωρίζονται σε ιόντα (φορτισμένα άτομα) όταν διαλύονται σε νερό. Τα μόρια του νερού συντονίζονται γύρω από τα βαριά ιόντα έτσι ώστε ο όγκος του διαλύματος να αυξάνεται αλλά σε μικρότερο βαθμό από το βάρος του διαλύματος.

Εκατοντάδες χημικές ενώσεις ταξινομούνται ως άλατα. Μερικά άλατα, όπως χλωριούχο νάτριο και ιωδιούχο κάλιο, είναι πολύ διαλυτά στο νερό σε θερμοκρασία δωματίου. Πολλά άλλα, όπως το θειικό βάριο και το φωσφορικό ασβέστιο, είναι πρακτικά αδιάλυτα ακόμη και σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η μέγιστη πυκνότητα ενός διαλύματος άλατος εξαρτάται από το βάρος του τύπου του άλατος, τη φυσική διαλυτότητα ή τη «σταθερά προϊόντος διαλυτότητας» του άλατος και τη θερμοκρασία.

Τα αντικείμενα που βυθίζονται σε αλμυρό νερό έχουν μεγαλύτερη τάση να επιπλέουν από ό, τι σε καθαρό νερό ή νερό βρύσης, δηλαδή είναι πιο έντονα. Αυτό το φαινόμενο προκύπτει από τη μεγαλύτερη δύναμη, ή προς τα πάνω, δύναμη που ασκείται σε αντικείμενα από αλμυρό νερό λόγω της μεγαλύτερης πυκνότητας. Η πλευστή δύναμη που ασκείται σε βυθισμένα αντικείμενα από υγρά υποδηλώνεται στην Αρχή του Αρχιμήδη, η οποία δηλώνει ότι οποιοδήποτε αντικείμενο βυθίζεται πλήρως ή μερικώς σε ένα ρευστό μετατοπίζει το δικό του βάρος υγρού. Ένα αντικείμενο βυθισμένο σε νερό βρύσης αντιμετωπίζει μεγαλύτερη «βαρύτητα» από ό, τι στο αλμυρό νερό επειδή μετατοπίζει μικρότερο βάρος νερού βρύσης.