Dlaczego słona woda jest cięższa niż woda z kranu?

Woda słona może być opisana jako cięższa niż woda z kranu, pod warunkiem, że jest to rozumiane jako „na jednostkę objętości” wody. Naukowo stwierdzono, że ilość słonej wody jest cięższa niż taka sama objętość wody z kranu, ponieważ słona woda ma większą gęstość niż woda z kranu. Woda z kranu jest stosunkowo czysta, zazwyczaj zawiera niewielkie ilości soli mineralnych i mniejsze ilości materii organicznej. Roztwory wodne silnie stężone w rozpuszczonych solach mają gęstość znacznie większą niż woda czysta lub wodociągowa.

Gęstość i środek ciężkości to terminy opisujące stężenie substancji w masie. Gęstość definiuje się jako masę substancji na jednostkę objętości, zwykle wyrażoną w gramach na centymetr sześcienny. Na przykład gęstość czystej wody w temperaturze 39 stopni Fahrenheita wynosi 1 gram na centymetr sześcienny, a średnia gęstość wody morskiej wynosi około 1,027 gramów na centymetr sześcienny. Ciężar właściwy, który jest definiowany jako stosunek gęstości substancji do gęstości wody, jest miarą stosowaną w wielu zastosowaniach naukowych. W przypadku większości substancji gęstość i ciężar właściwy są prawie identyczne w temperaturze pokojowej.

Wyjaśnienie wyższej gęstości słonej wody można znaleźć we wzorze wagowym związków soli. Woda składa się ze stosunkowo lekkich atomów wodoru i tlenu, które mają masę atomową odpowiednio 1 i 16. Większość soli składa się z cięższych atomów metali, takich jak sód, magnez i potas, które mają masy atomowe odpowiednio 23, 24 i 39. Atomy metali mogą być związane z innymi ciężkimi atomami, takimi jak chlor, brom i jod, które mają masy atomowe odpowiednio 35, 80 i 127. Sole dysocjują na jony (naładowane atomy) po rozpuszczeniu w wodzie. Cząsteczki wody koordynują się wokół ciężkich jonów, tak że objętość roztworu wzrasta, ale w mniejszym stopniu niż masa roztworu.

Setki związków chemicznych zalicza się do soli. Niektóre sole, takie jak chlorek sodu i jodek potasu, są dobrze rozpuszczalne w wodzie w temperaturze pokojowej. Wiele innych, takich jak siarczan baru i fosforan wapnia, jest praktycznie nierozpuszczalnych nawet w wyższych temperaturach. Maksymalna gęstość roztworu soli zależy od masy formuły soli, naturalnej rozpuszczalności lub „stałej iloczynu rozpuszczalności” soli i temperatury.

Przedmioty zanurzone w słonej wodzie mają większą tendencję do unoszenia się na wodzie niż w czystej lub z kranu, co oznacza, że ​​mają większą pływalność. Efekt ten wynika z większej siły wyporu lub skierowanej ku górze siły wywieranej na obiekty przez słoną wodę ze względu na jej większą gęstość. Siła wyporu wywierana przez płyny na zanurzone przedmioty wynika z zasady Archimedesa, która mówi, że każdy przedmiot całkowicie lub częściowo zanurzony w płynie wypiera swój własny ciężar płynu. Przedmiot zanurzony w wodzie z kranu doświadcza większej „ciężkości” niż w wodzie słonej, ponieważ wypiera mniejszą wagę wody z kranu.