|
VÌ SAO NƯỚC ĐÁ LẠI NỔI TRÊN NƯỚC LỎNG? |
|
|
|
Tuesday, 20 May 2014 |
 Vì sao khi thả
viên nước đá vào cốc nước, viên nước đá lại nổi lên được?
Thật là kì lạ!
Theo vật lý
ta đã biết rằng: Các chất giãn nở thể tích ra khi nhiệt độ tăng lên, co lại khi
lạnh đi.
Như vậy theo
nguyên lý này cùng một khối lượng, nước đá ở 0oC sẽ có thể tích nhỏ
hơn nước ở nhiệt độ > 0oC. Từ công thức
tính khối lượng riêng: D = m/V ,ta thấy nước đá sẽ có khối lượng riêng lớn hơn nước
lỏng bình thường. Vậy theo logic đó khi ta thả vào nước lỏng nước đá sẽ chìm chứ
không thể nổi được! Vì lý do gì mà nước đá lại có thể nổi lên được?
Để đi tìm câu
trả lời này ta bắt đầu lại từ thực tiễn. Nước đá nổi trong nước lỏng như vậy chứng
tỏ rằng cùng một khối lượng, thể tích của nước đá phải lớn hơn thể tích của nước
lỏng, để có khối lượng riêng của nước đá nhỏ hơn khối lượng riêng của nước lỏng.
Hình 1: Mô tả phân tử nước
Nước có cấu tạo
từ Hidro và Oxi, công thức hóa học là H2O,
phân tử nước là một phân tử phân cực (- O), (+H) do đó các phân tử nước có thể hình thành được
các liên kết Hidro. Theo khảo sát qua các đợt thí nghiệm ta thấy bình thường ở
nhiệt độ lớn hơn 4oC do chuyển động nhiệt của các phân tử
nước mạnh vì vậy các liên kết Hidro bị bẻ gẫy các phân tử nước ép xát vào nhau
do chuyển động nhiệt và lực hút tĩnh điện (Hình 1a).
Hình 2: Cấu trúc lục giác mở trong mạng tinh thể nước đá
Khi hạ thấp
nhiệt độ của nước xuống dưới 4oC, chuyển động nhiệt giữa các phân tử
nước giảm các liên kết hidro hình thành cầu nối giữ các phân tử nước. Do cấu tạo
hình dạng nguyên tử góc giữa hai nguyên tử Hidro là 104,450. Khi tạo
thành liên kết tinh thể lục giác mở các các phân tử nước phải rời xa nhau (Hình 2). Vì
lí do này mà thể tích của nước đá tăng lên khi chuyển từ pha lỏng sang pha rắn,
dẫn tới khối lượng riêng của nước đá nhỏ hơn khối lượng riêng của nước lỏng. Do
đó mà nước đá nổi lên trên nước lỏng!
Ứng dụng tính
chất đặc biệt của nước:
Do nước có
tính chất đặc biệt như vậy cho nên ở những vùng có khí hậu lạnh, băng giá hình
thành trên các sông hồ sẽ nổi lên trên mặt hồ, lớp nước ấm hơn sẽ ở phía dưới lớp
băng này vì thế mà các sinh vật như các loài cá, thực vật đáy hồ vẫn sống được
trong mùa đông khắc nghiệt. Hình 3 là ảnh một người đang câu cá dưới lớp băng
Hình 3: Người câu cá trên băng dày
Ta thấy rằng
nước lỏng khi làm lạnh thành nước đá, thể tích sẽ tăng lên vì vậy ta không nên
đổ đầy bình nước, hoặc chai nước thủy tinh đóng kín nắp rồi để vào tủ lạnh vì hình
khi hình thành nước đá thể tích nước đá giãn nở làm vỡ chai, hoặc hộp đựng, rất
nguy hiểm!
|
