Khoa Học News

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".

Thông tin biên tập: Xem tại đây
TIN CŨ HƠN
Quá trình "tịnh thân" thảm khốc của nữ thái giám - nhân vật bí ẩn trong lịch sử Trung Quốc

Quá trình "tịnh thân" thảm khốc của nữ thái giám - nhân vật bí ẩn trong lịch sử Trung Quốc

Với một quốc gia ngay từ thời cổ đại đã luôn có tư tưởng trọng nam khinh nữ, việc đưa những người phụ nữ vào cung để "tịnh thân" làm quan có lẽ là một điều ngoại lệ và khó hiểu.

Đăng ngày: 15/10/2026
Ý nghĩa 3 con sư tử trên áo đội tuyển Anh

Ý nghĩa 3 con sư tử trên áo đội tuyển Anh

3 chú sư tử cùng 10 bông hồng đỏ thắm được in trên ngực trái của tuyển Anh là một hình ảnh khá quen thuộc đối với những ai yêu mến đội bóng này, nó biểu trưng cho sự uy quyền, giàu sang và mạnh mẽ.

Đăng ngày: 13/10/2026
5 mẹo dân gian khiến rắn sẽ không dám bén mảng tới gần nhà bạn

5 mẹo dân gian khiến rắn sẽ không dám bén mảng tới gần nhà bạn

Mới đây nhất, người dân tại Tiền Giang vô cùng hoảng sợ khi chứng kiến cảnh tượng con rắn dài khoảng hơn 1 mét vùng vẫy trong phòng tắm tại nhà của một người dân.

Đăng ngày: 13/10/2026
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: 13/10/2026
Cách sống sót khi nhảy từ nhà cao tầng đang cháy

Cách sống sót khi nhảy từ nhà cao tầng đang cháy

Giảm độ cao hết mức và tăng các vật dụng ném xuống làm đệm là bí quyết giúp bạn sống sót khi mắc kẹt trong đám cháy nhà cao tầng.

Đăng ngày: 12/10/2026
"Mặt trái" của món ăn hàng đầu nước Pháp khiến ai cũng phải suy ngẫm

"Mặt trái" của món ăn hàng đầu nước Pháp khiến ai cũng phải suy ngẫm

Gan ngỗng vỗ béo mang hương vị thanh tao, béo nhẹ, kết cấu mềm mại như lụa, thay vì đặc ngấy như gan thông thường.

Đăng ngày: 11/10/2026
Những thiết kế vượt thời gian của Leonardo da Vinci

Những thiết kế vượt thời gian của Leonardo da Vinci

Leonardo da Vinci thường được mọi người biết đến là một họa sĩ thiên tài thời Phục hưng với những tác phẩm hội họa nổi tiếng như “Mona Lisa”.

Đăng ngày: 10/10/2026
Khoa Học News