Những tảng băng và tảng băng trôi ở vùng cực trong đại dương, và ngay cả trong đồ uống, băng không bao giờ chìm xuống đáy. Có thể kết luận rằng nước đá không chìm trong nước. Tại sao? Nếu bạn nghĩ về nó, câu hỏi này có vẻ hơi kỳ lạ, bởi vì băng là chất rắn và - theo trực giác - nên nặng hơn chất lỏng. Mặc dù tuyên bố này đúng với hầu hết các chất, nhưng quy tắc này là ngoại lệ. Nước và nước đá được phân biệt bằng các liên kết hydro, điều này làm cho nước đá ở trạng thái rắn nhẹ hơn so với khi ở trạng thái lỏng.
Câu hỏi khoa học: Tại sao nước đá không chìm trong nước
Hãy tưởng tượng rằng chúng ta đang ở trong một bài học có tên "Thế giới xung quanh" ở lớp 3. “Tại sao nước đá không chìm trong nước?” Giáo viên hỏi bọn trẻ. Và những đứa trẻ, không có kiến thức sâu về vật lý, bắt đầu suy luận. "Có lẽ đó là ma thuật?" một trong những đứa trẻ nói.
Quả thực, lớp băng cực kỳ khác thường. Thực tế không có chất tự nhiên nào khác, ở trạng thái rắn, có thể nổi trên bề mặt chất lỏng. Đây là một trong những đặc tính khiến nước trở thành một chất khác thường và nói thẳng ra, nó là thứ thay đổi con đường tiến hóa của hành tinh.
Có một số hành tinh chứa một lượng lớn hydrocacbon lỏng như amoniac - tuy nhiên, khi đóng băng, vật chất này sẽ chìm xuống đáy. Lý do tại sao nước đá không chìm trong nước là khi nước đóng băng, nó nở ra, và cùng với đó, mật độ của nó giảm đi. Điều thú vị là sự giãn nở của băng có thể làm vỡ đá - quá trình đóng băng của nước rất bất thường.
Nói một cách khoa học, quá trình đóng băng thiết lập các chu kỳ thời tiết nhanh chóng và một số hóa chất được giải phóng trên bề mặt có thể hòa tan các khoáng chất. Nói chung, có những quá trình và khả năng liên quan đến sự đóng băng của nước mà các đặc tính vật lý của các chất lỏng khác không bao hàm.
Mật độ của nước đá và nước
Vì vậy, câu trả lời cho lý do tại sao băng không chìm trong nước mà nổi trên bề mặt là nó có tỷ trọng thấp hơn chất lỏng - nhưng đó là câu trả lời ở cấp độ đầu tiên. Để hiểu rõ hơn, bạn cần biết tại sao băng có tỷ trọng thấp, tại sao mọi thứ lại nổi ngay từ đầu, mật độ dẫn đến nổi như thế nào.
Nhớ lại Archimedes thiên tài người Hy Lạp, người đã phát hiện ra rằng sau khi nhúng một vật nào đó vào nước, thể tích của nước sẽ tăng thêm một số bằng thể tích của vật bị ngâm. Nói cách khác, nếu bạn đặt một cái đĩa sâu lên mặt nước rồi đặt một vật nặng vào đó thì thể tích nước sẽ đổ vào đĩa sẽ đúng bằng thể tích của vật đó. Không quan trọng nếu đối tượng bị ngập hoàn toàn hoặcmột phần.
Tính chất của nước
Nước là một chất tuyệt vời về cơ bản cung cấp sự sống trên trái đất, bởi vì mọi sinh vật sống đều cần nó. Một trong những đặc tính quan trọng nhất của nước là nó có tỷ trọng cao nhất ở 4 ° C. Do đó, nước nóng hoặc nước đá ít đặc hơn nước lạnh. Các chất ít đặc hơn sẽ nổi lên trên các chất đặc hơn.
Ví dụ, trong khi chuẩn bị món salad, bạn sẽ nhận thấy rằng dầu ở trên bề mặt của giấm - điều này có thể được giải thích bởi thực tế là nó có tỷ trọng thấp hơn. Định luật tương tự cũng có giá trị giải thích tại sao nước đá không chìm trong nước mà lại chìm trong xăng và dầu hỏa. Chỉ là hai chất này có khối lượng riêng nhỏ hơn nước đá. Vì vậy, nếu bạn ném một quả bóng bơm hơi vào hồ bơi, nó sẽ nổi lên trên bề mặt, nhưng nếu bạn ném một viên đá xuống nước, nó sẽ chìm xuống đáy.
Điều gì sẽ xảy ra với nước khi nó đóng băng
Lý do nước đá không chìm trong nước là do các liên kết hydro thay đổi khi nước đóng băng. Như bạn đã biết, nước bao gồm một nguyên tử oxy và hai nguyên tử hydro. Chúng được gắn với nhau bằng các liên kết cộng hóa trị bền bỉ đến kinh ngạc. Tuy nhiên, loại liên kết khác hình thành giữa các phân tử khác nhau, được gọi là liên kết hydro, thì yếu hơn. Các liên kết này hình thành do các nguyên tử hydro tích điện dương bị hút bởi các nguyên tử oxy tích điện âm của các phân tử nước lân cận.
Khi nước ấm, các phân tử hoạt động rất mạnh,di chuyển nhiều, nhanh chóng hình thành và phân hủy các liên kết với các phân tử nước khác. Họ có năng lượng để tiếp cận nhau và di chuyển nhanh chóng. Vậy tại sao nước đá không chìm trong nước? Hóa học ẩn câu trả lời.
Hóa lý của nước đá
Khi nhiệt độ của nước giảm xuống dưới 4 ° C, động năng của chất lỏng giảm, do đó các phân tử không còn chuyển động. Chúng không có năng lượng để di chuyển và dễ dàng phá vỡ và hình thành liên kết như ở nhiệt độ cao. Thay vào đó, chúng hình thành nhiều liên kết hydro hơn với các phân tử nước khác để tạo thành cấu trúc mạng lục giác.
Chúng tạo thành những cấu trúc này để giữ cho các phân tử oxy tích điện âm cách xa nhau. Ở giữa các hình lục giác được hình thành do hoạt động của các phân tử, có rất nhiều khoảng trống.
Đá chìm trong nước - lý do
Nước đá thực sự ít đặc hơn 9% so với nước dạng lỏng. Do đó, băng chiếm nhiều không gian hơn nước. Thực tế, điều này có ý nghĩa vì băng nở ra. Đây là lý do tại sao không nên đóng băng một chai nước thủy tinh - nước đóng băng có thể tạo ra các vết nứt lớn ngay cả trong bê tông. Nếu bạn có một chai nước đá lít và một chai nước một lít, thì một chai nước đá sẽ dễ dàng hơn. Các phân tử ở thời điểm này xa nhau hơn so với khi chất ở trạng thái lỏng. Đó là lý do tại sao đá không chìm trong nước.
Khi băng tancấu trúc tinh thể ổn định bị phá vỡ và trở nên đặc hơn. Khi nước ấm lên đến 4 ° C, nó sẽ thu được năng lượng và các phân tử chuyển động nhanh hơn và xa hơn. Đây là lý do tại sao nước nóng chiếm nhiều không gian hơn nước lạnh và nổi trên mặt nước lạnh - nó có mật độ ít hơn. Hãy nhớ rằng, khi bạn ở trên hồ, trong khi bơi, lớp nước trên cùng luôn đẹp và ấm, nhưng khi bạn đặt chân xuống, bạn sẽ cảm thấy lạnh lẽo của lớp dưới cùng.
Tầm quan trọng của quá trình đóng băng nước đối với hoạt động của hành tinh
Mặc dù thực tế là câu hỏi "Tại sao băng không chìm trong nước?" đối với lớp 3, điều rất quan trọng là phải hiểu tại sao quá trình này lại xảy ra và ý nghĩa của nó đối với hành tinh. Như vậy, sức nổi của băng có ý nghĩa quan trọng đối với sự sống trên Trái đất. Các hồ bị đóng băng vào mùa đông ở những nơi lạnh giá - điều này cho phép cá và các động vật thủy sinh khác tồn tại dưới lớp băng. Nếu phần đáy bị đóng băng, thì khả năng cao là toàn bộ hồ có thể bị đóng băng.
Trong điều kiện như vậy, không một sinh vật nào có thể sống sót.
Nếu mật độ của băng cao hơn mật độ của nước, thì các đại dương sẽ chìm trong băng, và các chỏm băng sau đó sẽ ở dưới đáy sẽ không cho phép bất kỳ ai sinh sống ở đó. Dưới đáy đại dương sẽ đầy băng - và tất cả sẽ biến thành gì? Trong số những thứ khác, băng ở vùng cực rất quan trọng vì nó phản chiếu ánh sáng và giữ cho hành tinh Trái đất không quá nóng.
