Nếu quan sát khi thả nước đá vào một ly nước, chúng đều nổi lên? Hay ở giữa đại dương, các tảng băng đều trôi nổi, hãy cùng gicungbiet tìm câu trả lời qua bài viết này nhé.
Các dạng vật chất
Trên thực tế, các loại vật chất sẽ tồn tại ở 3 dạng trạng thái đó là rắn, lỏng và khí. Xếp theo thứ tự này cũng chính là độ dày của mật độ nguyên tử.
Với chất rắn sẽ có mật độ nguyên tử dày đặc nhất, kế đến đó là chất lỏng và khí. Vì thế thông thường các vật thể ở dạng rắn sẽ bị chìm trong chất lỏng vì khối lượng riêng lớn hơn.
Vậy tại sao nước đá là một vật ở dạng rắn nhưng lại thường nổi trong nước là một chất lỏng?
Thông thường với việc chuyển từ dạng lỏng sang rắn thì các liên kết giữa các nguyên tử sẽ trở nên chặt chẽ hơn nhằm tạo thành một thể rắn, tuy nhiên điều đó lại không đúng với nước.
Nước được tạo thành từ 2 nguyên tử Hydro liên kế với 1 nguyên tử Oxi [H2O], dựa trên quan sát ở các thí nghiệm với nhiệt độ 4oC, các phân tử nước di chuyển mạnh, vì thế các liên kết H bị bẻ gãy khi các phân tử nước va chạm vào nhau do di chuyển nhiệt và lực hút tĩnh điện. Điều này có nghĩa là các liên kết Hydro không đủ mạnh để giữ các phân tử nước lại với nhau.
Nhưng khi thân nhiệt hạ xuống 4oC,các phân tử nước chuyển động mạnh, vì thế các liên kết H bị bẻ gãy khi các phân tử nước va chạm vào nhau do chuyển động nhiệt và lực hút tĩnh điện [ảnh a theo hình dưới đây].
Mô tả cấu trúc 1 phân tử nước. [Ảnh: San Diego Omnium]Khi nước lỏng bị làm lạnh, đông đá và tạo thànhtinh thể lục giác mở [tinh thể của tuyết],các phân tử nước phải rời xa nhau. Vì lí do này mà thể tích của đá tăng lên khi chuyển từ lỏng sang rắn, dẫn tới khối lượng riêng của nước đá nhỏ hơn khối lượng riêng của nước lỏng. Do đó mà đá nổi lên trên nước lỏng!
Cấu trúc lục giác mở trong tinh thể đá. [Ảnh: ResearchGate]Nếu khó hiểu quá, có thể theo cách giải thích sau để dễ hiểu hơn:
“Trong nước đá, các liên kết ở trạng thái bền nhất, tức lực liên kết là mạnh nhất, vì thế các phân tử nước trong nước đá phải liên kết với nhau theo một cấu trúc mạng nhất định, khác với nước lỏng các phân tử nước liên kết tự do. Do đó, ở thể lỏng, số phân tử nước trong một đơn vị thể tích là nhiều hơn so với ở thể rắn. Điều này khiến cho nước đá có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của nước lỏng. Vậy nên nước đá sẽ nổi trên nước lỏng.”
Điều này là cơ sở cho việc giải thích tại sao băng giá lại có thể nổi trên mặt hồ nước ở những vùng có khí hậu lạnh. Băng giá nổi trên mặt nước,lớp nước ấm hơn sẽ ở phía dưới lớp băng này, vì vậy các loài động vật như cá hay thực vật thủy sinh có thể sống qua mùa đông khắc nghiệt.
Câu cá trêm nặt hồ đóng băng. [Ảnh: Pogoda WP]Ngoài ra, khi nước lỏng chuyển sang dạng đá, thể thích tăng lên, thế nên ta không được đổ đầy nước vào bình hay chai thủy tinh rồi cho vào tủ lạnh. Bởikhi hình thành nước đá thể tích nước đá giãn nở làm vỡ chai hay bình đựng, rất nguy hiểm!
Video: