Chất nào nở ra khi lạnh?

Chất nào nở ra khi lạnh? Chắc hẳn chúng ta ai cũng thuộc khái niệm nóng thì nở ra, lạnh thì co lại. Tuy nhiên lại có chất nở ra khi lạnh, vậy đó là chất gì?

1. Chất nào nở ra khi lạnh?

Chất nở ra khi lạnh là nước

Ở thể lỏng trạng thái siêu lạnh, nước có thể nở ra khi nhiệt độ hạ xuống và co lại khi nhiệt độ tăng lên. 

Chính xác hơn, ở điều kiện áp suất thông thường, mặc dù nhiệt độ đông đặc tiêu chuẩn của nước là 0C, nhưng nếu nước đủ tinh khiết (không lẫn bụi, tạp chất hay các mầm kết tinh khác) thì ngay cả khi lạnh hơn thế nó hoàn toàn vẫn có thể tồn tại ở thể lỏng - trạng thái siêu lạnh. Trong khoảng nhiệt độ mà trạng thái siêu lạnh là tương đối ổn định (đông đặc tự phát dưới các kích thích yếu khó xảy ra) ở điều kiện thí nghiệm thông thường, cụ thể là từ ≈0°C tới ≈-50ºC, khối lượng riêng của nước càng nhỏ khi nhiệt độ của nó càng thấp. Khối lượng riêng càng nhỏ thì khi cùng 1 khối lượng, thể tích càng lớn.

Ở dưới 0°, các phân tử nước các phân tử nước liên kết với nhau chặt chẽ theo thứ tự, dẫn đến việc cùng khối lượng nước nhưng thể tích nước đá lớn hơn nước thường

2. Vàng có nở ra khi lạnh không?

Vàng không nở ra khi gặp lạnh. 

3. Ví dụ chứng minh nước nở ra khi gặp lạnh

Để chứng minh nước nở ra khi lạnh, chúng ta có thể thực hiện 1 ví dụ đơn giản như sau:

Đổ đầy nước vào chai nhựa không đóng nắp rồi bỏ vào tủ lạnh. Khi nước đông đá, chúng ta có thể thấy có một mảng nước đá nhô lên khỏi chai nhựa. Điều đó chứng tỏ thể tích của nước đá tăng lên so với khi ở nhiệt độ thường.

4. Sự giãn nở của nước khi đóng băng

Hiện tượng nước giãn nở khi đóng băng khiến cho các tảng băng nổi được trên mặt nước. Nước đạt mật độ tối đa ở 4°C và bắt đầu quá trình đóng băng từ trên xuống (đây là nguyên nhân khiến các hồ nước mùa đông ở xứ lạnh đóng băng bề mặt, khoét ra vẫn có nước). Nước bắt đầu quá trình kết tinh – đóng băng từ lúc 4°C). Tất cả quá trình dẫn tới hiện tượng tảng băng luôn nổi lên với khoảng 8% khối lượng của nó trên mặt nước.

Hiện tượng nước giãn nở trong quá trình đóng băng là do các phân tử nước kết tinh theo hình lục giác mở, một phân tử nước gắn chặt với ba phân tử khác. Khi nước ở kết cấu lưới lục giác này, nó chiếm nhiều không gian hơn khi nước ở dạng lỏng.

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.

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.

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

Trên đây Hoatieu.vn đã trả lời câu hỏi Chất nào nở ra khi lạnh?

Mời các bạn tham khảo thêm các thông tin hữu ích khác trên chuyên mục Tài liệu của HoaTieu.vn.

Các bài viết liên quan:

• Cồn ở nồng độ nào dùng để diệt khuẩn hiệu quả nhất?
• Đáp án cuộc thi tìm hiểu pháp luật trong phòng chống dịch covid 19.
• Đáp án tìm hiểu 70 năm Công đoàn Giáo dục Việt Nam
• Cuộc thi Tìm hiểu về 110 năm Ngày Bác Hồ ra đi tìm đường cứu nước