Thông thường, các chất khi nóng lên sẽ giãn nở vì nhiệt. Nhưng tại sao nước co lại khi làm nóng từ 0˚C đến 4˚C.

❓ Câu hỏi này bắt nguồn từ thực tiễn quan sát, tại sao băng lại nổi trên nước chứ không phải nước nhấn chìm băng?
💧 Thông thường, một chất nào đó nổi được trên nước thì phải có tỉ trọng nhỏ hơn nước, hay nói cách khác, chất đó phải có khối lượng riêng bé hơn khối lượng riêng của nước.
Chúng ta cũng biết rằng, bình thường, các chất sẽ giãn ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. Điều đó có nghĩa là bản thân chất đó sẽ có khối lượng riêng lớn hơn khi ở nhiệt độ thấp hơn.
🌬 Thật vậy, nói một cách chính xác hơn, các loại vật liệu thường thay đổi kích thước của nó khi chịu tác động của nhiệt độ trong khi áp suất được giữ không đổi. Trong trường hợp đặc biệt của các vật liệu rắn, áp suất không ảnh hưởng đáng kể đến kích thước của vật thể, và vì thế đối với chất rắn không cần thiết phải xác định rằng áp suất được giữ không đổi.
🤔 Nếu theo logic này, nước sẽ trở nên đậm đặc và có khối lượng riêng lớn nhất trong trạng thái rắn, gọi cách khác là băng, vì nó đang ở nhiệt độ thấp hơn so với pha lỏng.
Nhưng tại sao băng lại nổi trên nước? Tại sao khối lượng riêng của băng bé hơn nước ( 4˚C) mà không phải ngược lại?

🌟 Chúng ta hãy cùng xem lời giải thích cho vấn đề này:
⚛️ Nước đá nổi trên mặt nước vì nó ít đậm đặc hơn nước.
Mật độ được định nghĩa là khối lượng trên một đơn vị thể tích của một chất. Bằng cách nói rằng băng ít đậm đặc hơn nước, có nghĩa là một mẫu băng sẽ chiếm nhiều không gian hơn một mẫu nước có cùng khối lượng.
⚛️ Nước đá và nước đều có chung công thức hóa học là H2O, còn được gọi là Hydrogen Dioxide. Ở nhiệt độ đủ lạnh, thường là khoảng 0 độ C (32 độ F), nước trải qua giai đoạn chuyển sang pha băng gọi là đóng băng. Điều này là do khi nhiệt độ trở nên lạnh hơn, các phân tử nước mất năng lượng và di chuyển ít hơn.
⚛️ Một phân tử nước được tạo ra từ một nguyên tử oxy và hai nguyên tử hydro liên kết mạnh với nhau bằng liên kết cộng hóa trị . Các phân tử nước cũng bị thu hút lẫn nhau bởi các liên kết hóa học yếu hơn, giữa các nguyên tử hydro tích điện dương và các nguyên tử oxy tích điện âm của các phân tử nước lân cận. Khi nước nguội đi dưới 4˚C, các liên kết hydro sẽ điều chỉnh để giữ các nguyên tử oxy tích điện âm cách nhau. Điều này tạo ra một mạng tinh thể, thường được gọi là băng.
⚛️ Các liên kết hydro hình thành khi nước đóng băng cho phép các phân tử cách xa nhau hơn, do đó làm cho chúng chiếm nhiều không gian hơn, làm giảm mật độ tổng thể và làm cho nó trôi nổi trong nước.

⚠️ TUY NHIÊN, không phải tất cả các loại băng đều nổi trên nước. Chúng ta có ngoại lệ như NƯỚC NẶNG.
⚛️ Nước nặng là nước chứa một tỷ lệ đồng vị deuterium cao hơn thông thường, hoặc là đơteri ôxít, D2O hay 2H2O, hoặc là đơteri proti ôxít, HDO hay H1H2O. Các tính chất vật lý và hóa học của nó là gần như tương tự như của nước (H2O).
⚛️ Nước đá được làm bằng nước nặng, có chứa đồng vị deuterium hydro,thường chìm trong nước. Liên kết hydro vẫn xảy ra, nhưng nó không đủ để bù chênh lệch khối lượng giữa nước thường và nước nặng. Nước đá nặng chìm trong nước nặng.

📂 Nguồn: Science Realm, Wikipedia, socratic.org, throughtco.com

#ScienceRealm #Physics #vatly #Chemistry #Hoahoc.