Что меняется, когда водород становится тяжёлым
В молекуле обычной воды два атома водорода соединены с атомом кислорода. В тяжёлой воде вместо водорода — дейтерий: его ядро содержит не только протон, но и нейтрон. Химические свойства этих изотопов похожи, однако атом дейтерия почти вдвое тяжелее.
Когда вода замерзает, её молекулы выстраиваются в кристаллическую решётку — упорядоченную структуру с промежутками. Именно поэтому обычный лёд занимает больше места, чем та же масса жидкой воды, и плавает. В тяжёлой воде решётка тоже образует лёд, но более тяжёлые молекулы делают его плотнее обычной воды.
На дне — не значит плотнее своей жидкости
Здесь важно, с чем сравнивать кусок льда. В обычной воде он тонет: его плотность выше плотности окружающей жидкости. А в тяжёлой воде лёд плавает, поскольку жидкая тяжёлая вода плотнее собственного льда.
Так что необычное поведение не отменяет привычное правило плавучести — оно показывает, что результат зависит от пары «твёрдое тело — жидкость». Замена всего лишь одного вида атомов меняет массу молекул достаточно, чтобы кубик льда, который в стакане обычной воды ушёл бы ко дну, в тяжёлой воде остался на поверхности.
