Tại sao khi lạnh nước không đóng băng toàn bộ một lúc mà lại đông cứng từ trên xuống?

Nước là loại vật chất đã quá quen thuộc với chúng ta. Nó hiện diện ở khắp nơi và là một phần không thể thiếu của cuộc sống. Người ta có thể sống ngày qua ngày nếu chỉ ăn chay hoặc chỉ ăn mặn nhưng dù là ai cũng không thể thiếu nước mà tồn tại được.

Nhưng có lẽ chính vì quá quen thuộc mà người ta thường bỏ qua, không để ý về chất lỏng thú vị này.

Tại sao khi lạnh nước không đóng băng toàn bộ một lúc mà lại đông cứng từ trên xuống?
Nước luôn đóng băng từ trên xuống.

Nổi bật ở nước là chúng thường đóng băng từ phía trên xuống rồi lan tỏa dần dần xuống chứ không giống các chất khác, đóng băng từ dưới lên. Một ví dụ dễ thấy là ở các vùng sông hồ của những khu vực ôn đới, hàn đới - nơi có khí hậu lạnh hơn nhiều vào mùa đông, hầu hết tất cả đều bị đóng băng toàn bộ trên bề mặt.

Loading...

Để lý giải cho hiện tượng này, chúng ta cần phải hiểu được tính chất có phần "kỳ quặc" của nước. Khi thời tiết không quá lạnh hay cụ thể hơn là khi nhiệt độ ở trên mức 4 độ C (39,2 độ F) thì nước tuân theo đúng những quy tắc vật lý bình thường như nóng nở, lạnh co.

Tại sao khi lạnh nước không đóng băng toàn bộ một lúc mà lại đông cứng từ trên xuống?
Khi nhiệt độ ở dưới mức 4 độ C, bản chất của nước thay đổi 180 độ, chúng gặp lạnh thì nở mà gặp nóng thì co.

Tuy nhiên khi nhiệt độ ở dưới mức 4 độ C đó, mọi chuyện lại hoàn toàn khác. Lúc này, bản chất của nước thay đổi 180 độ, chúng gặp lạnh thì nở mà gặp nóng thì co. Nếu nhiệt độ tiếp tục giảm, mật độ tiếp tục tăng lên và nước (ở trạng thái rắn) tiếp tục mở rộng. Khối lượng của chúng tỷ lệ nghịch với thể tích.

Điều đó có nghĩa, với cùng một lượng nước, trạng thái rắn nước sẽ nhẹ hơn và nổi lên trên, những phân tử nước ấm nặng hơn sẽ chìm xuống dưới. Do đó, nước luôn bắt đầu đóng băng ở trên bề mặt trước.

Ngoài ra, băng ít đậm đặc hơn nước do cách nó tạo thành từ cấu trúc tinh thể hình lục giác. Mỗi phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hydro liên kết với đáy của một nguyên tử oxy. Khi băng hình thành, các nguyên tử hydro của một phân tử nước hình thành liên kết hydro yếu hơn với đỉnh nguyên tử oxy của hai phân tử nước khác.

Tại sao khi lạnh nước không đóng băng toàn bộ một lúc mà lại đông cứng từ trên xuống?
Ở các khu vực ôn đới hoặc hàn đới, việc mặt hồ bị đóng băng là chuyện khá bình thường.

Việc sắp xếp các phân tử nước trong mô hình này chiếm nhiều không gian hơn so với việc chúng bị xáo trộn ngẫu nhiên với nhau (như trường hợp trong nước lỏng). Và bởi vì cùng một khối lượng phân tử chiếm nhiều không gian hơn khi bị đóng băng, nước đá ít đậm đặc hơn nước lỏng.

Sách giáo khoa Kỹ thuật sông và hồ của George D. Ashton nói: "Khi một hồ nước lạnh từ trên 4°C, nước trên bề mặt mất nhiệt, trở nên đậm đặc hơn và chìm xuống. Quá trình này tiếp tục cho đến khi tất cả nước trong hồ ở 4°C, khi mật độ của nước ở mức tối đa.

Nếu nhiệt độ tiếp tục lạnh thêm, sẽ xuất hiện một lớp nước ổn định, nhẹ hơn ở bề mặt. Khi lớp này nguội dần đến điểm đóng băng của nó, băng bắt đầu hình thành trên bề mặt của cái hồ".

Loading...
TIN CŨ HƠN
Vì sao phòng ngủ của Hoàng đế Trung Hoa chỉ rộng 10m2?

Vì sao phòng ngủ của Hoàng đế Trung Hoa chỉ rộng 10m2?

Nếu muốn biết nguyên nhân vì sao phòng ngủ của hoàng đế thưở xưa lại chật chội đến vậy, hãy cùng đọc bài viết dưới đây.

Đăng ngày: 04/01/2020
Khí độc Phosphine có thể là chìa khóa để xác định sự sống ngoài hành tinh

Khí độc Phosphine có thể là chìa khóa để xác định sự sống ngoài hành tinh

Phosphine là một hợp chất hóa học giữa phốtpho và hyđrô, công thức hóa học là PH₃. Đây là chất khí không màu, rất độc, có mùi tỏi. Mới đây các nhà khoa học cho rằng khí này có thể là hợp chất tiêu biểu cho sự sống ở các hành tinh xa xôi.

Đăng ngày: 03/01/2020
Thí nghiệm với tro bụi 13.000 năm tuổi, các nhà khoa học tìm hiểu lý do tại sao sét núi lửa hình thành

Thí nghiệm với tro bụi 13.000 năm tuổi, các nhà khoa học tìm hiểu lý do tại sao sét núi lửa hình thành

Các nhà nghiên cứu tìm hiểu về hiện tượng tự nhiên nguy hiểm nhất nhì Trái Đất nhưng cũng đẹp mê hồn.

Đăng ngày: 03/01/2020
Natri xyanua là gì?

Natri xyanua là gì?

Cũng giống Kali xyanua, Natri xyanua được coi là chất cực độc, chỉ cần cho một hàm lượng nhỏ có thể giết chết một người trưởng thành trong tích tắc.

Đăng ngày: 02/01/2020
Bí ẩn hồ nước sinh ra tổ tiên cổ xưa nhất của chúng ta

Bí ẩn hồ nước sinh ra tổ tiên cổ xưa nhất của chúng ta

Vật liệu chiếm 1% cơ thể con người hiện đại, quan trọng trong việc tạo ra sự sống đầu tiên trên trái đất đã được tìm thấy trong các hồ nước bí ẩn ở Mỹ, Ấn Độ và Kenya.

Đăng ngày: 02/01/2020
Vì sao đếm cừu giúp ngủ nhanh?

Vì sao đếm cừu giúp ngủ nhanh?

Có lẽ không ít lần nhiều người trong số chúng ta thường hay mất ngủ do một lý do nào đó. Và chúng ta thường hay tìm đến phương pháp đếm cừu để giải quyết tình trạng mất ngủ này.

Đăng ngày: 02/01/2020
Dao làm từ phân: Tài ứng biến đỉnh cao của con người hay cú lừa đình đám suốt 20 năm?

Dao làm từ phân: Tài ứng biến đỉnh cao của con người hay cú lừa đình đám suốt 20 năm?

Bạn đã bao giờ nghe đến một con dao làm từ... phân người chưa?

Đăng ngày: 01/01/2020
Tiêu điểm
Khoa Học News