Sinkt oder schwimmt schweres Wassereis?

Während normales Eis im Wasser schwimmt, sinken schwere Wassereiswürfel in normales Wasser. Es wäre jedoch zu erwarten, dass aus schwerem Wasser hergestelltes Eis in einem Glas schwerem Wasser schwimmt.

Schweres Wasser ist Wasser, das aus dem Wasserstoffisotop Deuterium und nicht aus dem üblichen Isotop (Protium) hergestellt wird. Deuterium hat ein Proton und ein Neutron, während Protium nur das Proton in seinem Atomkern hat. Dies macht Deuterium doppelt so massiv wie Protium.

Verschiedene Faktoren beeinflussen das Verhalten von schwerem Wassereis

Deuterium bildet stärkere Wasserstoffbrückenbindungen als Protium, daher ist zu erwarten, dass die Bindungen zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in schweren Wassermolekülen die Packung der schweren Wassermoleküle beeinflussen, wenn die Substanz von einer Flüssigkeit in einen Feststoff übergeht.

1. Obwohl Deuterium massereicher ist als Protium, ist die Größe jedes Atoms gleich, da es die Elektronenhülle ist, die seine Atomgröße bestimmt, nicht die Größe des Atomkerns.
2. Jedes Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoff, der an zwei Wasserstoffatome gebunden ist, sodass zwischen einem schweren Wassermolekül und einem regulären Wassermolekül kein großer Massenunterschied besteht, da der größte Teil der Masse aus dem Sauerstoffatom stammt. Gemessen ist schweres Wasser etwa 11% dichter als normales Wasser.

Während Wissenschaftler vorhersagen konnten, ob schweres Wassereis schwimmen oder sinken würde, mussten Experimente durchgeführt werden, um zu sehen, was passieren würde. Es stellt sich heraus, dass schweres Wassereis in normalem Wasser versinkt. Die wahrscheinliche Erklärung dafür ist, dass jedes schwere Wassermolekül etwas schwerer ist als ein normales Wassermolekül und dass sich schwere Wassermoleküle bei der Bildung von Eis enger zusammenballen können als normale Wassermoleküle.