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.


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.

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.


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.


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
Ý nghĩa của những vạch màu trên tuýp kem đánh răng là gì?

Ý nghĩa của những vạch màu trên tuýp kem đánh răng là gì?

Chắc hẳn trong số chúng ta, ai cũng từng thắc mắc về cái vạch màu nhỏ phía cuối cùng tuýp kem đánh răng, mỹ phẩm...

Đăng ngày: 02/07/2025
Thời đi học của các thiên tài thế giới

Thời đi học của các thiên tài thế giới

Chắc chắn bạn sẽ vô cùng ngạc nhiên khi biết Edison luôn bị đội sổ trong lớp và bị đánh giá là "điên khùng, không nên ngồi học lâu hơn", Albert Einstein sợ run người khi phải đến trường, nhà phát minh vĩ đại Edison tự học là chính,...

Đăng ngày: 02/07/2025
8 siêu năng lực

8 siêu năng lực "quái dị" của cơ thể mà bạn chưa bao giờ nhận ra

Các bạn biết không, thực sự cơ thể của chúng ta kỳ diệu hơn các bạn nghĩ rất nhiều. Chúng ta có những "siêu năng lực" và vẫn sử dụng chúng hàng ngày, nhưng lại chưa bao giờ nhận ra điều đó.

Đăng ngày: 02/07/2025
Sau hơn 2.000 năm, bí ẩn cánh cửa địa ngục được hé mở

Sau hơn 2.000 năm, bí ẩn cánh cửa địa ngục được hé mở

Hai ngàn năm trước, các du khách cổ đại đã đến một ngôi đền Hi Lạp-La mã ở Hierapolis (ngày nay là Thổ Nhĩ Kỳ), nằm bên trên một chiếc hang được cho là cánh cổng dẫn tới thế giới bên kia.

Đăng ngày: 02/07/2025
1 tấc, 1 li, 1 phân, 1 thước bằng bao nhiêu mét, cm?

1 tấc, 1 li, 1 phân, 1 thước bằng bao nhiêu mét, cm?

Tấc, ly, phân, thước là những đơn vị đo chiều dài những đồ vật có kích thước nhỏ khá quen thuộc với người dân Việt Nam chúng ta thời kỳ Cổ Đại.

Đăng ngày: 02/07/2025
16 điều thú vị về Vatican

16 điều thú vị về Vatican

Du khách đến Italy không thể bỏ qua thành Rome và một khi đến Rome họ nhất định ghé thăm Vatican - đất nước bé nhỏ và hiền hòa bậc nhất hành tinh.

Đăng ngày: 02/07/2025
Những sự thật thú vị về con tàu Titanic

Những sự thật thú vị về con tàu Titanic

Các nhà thám hiểm đáy biển vừa công bố nguyên nhân khiến con tàu huyền thoại Titanic chìm xuống nước một cách nhanh chóng.

Đăng ngày: 01/07/2025
Tiêu điểm
Khoa Học News