Nếu bạn đã từng nhìn thấy nước đá tan chảy ở 0 độ C thì chắc hẳn cũng đã từng tự hỏi tại sao lại có hiện tượng này xảy ra. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích và trình bày chi tiết vì sao nước đá lại có thể tan chảy ở 0 độ C.
Đầu tiên, chúng ta cần hiểu rõ khái niệm về nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ tan chảy. Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ tối thiểu mà một chất lỏng cần phải có để có thể đông lại và trở thành dạng rắn, còn nhiệt độ tan chảy là nhiệt độ mà một chất rắn cần phải đạt để có thể trở lại dạng lỏng.
Theo định luật Des Bras và Gay-Lussac, nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ tan chảy của nước là bằng nhau, vào khoảng 0 độ C. Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ nước dao động quanh mức 0 độ C, nước có thể tồn tại ở cả hai dạng là lỏng và rắn.
Khi nhiệt độ nước giảm xuống dưới 0 độ C, các phân tử nước bắt đầu tập trung lại và hình thành cấu trúc tinh thể của nước. Điều này gây ra sự bung tỏa nhiệt và giúp giữ cho nhiệt độ của nước giảm xuống chậm hơn. Khi nhiệt độ càng giảm, cấu trúc tinh thể của nước cũng càng phát triển và cuối cùng sẽ trở thành tất cả các phân tử nước tương tác với nhau theo một mạng lưới hình học tinh thể. Điều này làm cho nước trở nên cứng và tạo thành dạng băng.
Tuy nhiên, khi nhiệt độ nước tăng lên trên 0 độ C, sự tập trung của các phân tử nước bắt đầu bị phá vỡ và hình thành các lỗ trống trong cấu trúc tinh thể. Điều này dẫn đến sự di chuyển tự do của các phân tử nước và làm cho nhiệt độ của nước tăng lên chậm hơn. Chính vì vậy, nước ở nhiệt độ trên 0 độ C vẫn giữ được tính chất lỏng và không hoảng loạn như những chất lỏng khác.
Điều đó cũng giải thích tại sao khi nhiệt độ môi trường tăng lên, nước sẽ chuyển sang trạng thái lỏng và tan chảy. Vì khi nhiệt độ tăng lên, sự rung động của các phân tử nước cũng tăng lên, gây ra sự phá vỡ cấu trúc tinh thể và làm cho nước trở lại dạng lỏng.
Ngoài ra, giải thích đơn giản hơn là nước đóng băng là một quá trình phức tạp của nhiễm vận chuyển năng lượng xuyên qua các khu vực đối xứng. Khi nhiệt độ giảm dần và dưới ngưỡng 0 độ C, điều này dẫn đến sự tổn hao năng lượng của phân tử nước và đẩy chúng đến sự liên kết trong các cấu trúc tinh thể.
Kết luận, nước đá tại 0 độ C là kết quả của sự thay đổi tương phản giữa hai tiến trình: sự tổn hao năng lượng do nhiệt độ giảm cùng với việc sự tổn hao năng lượng chỉ ra sự bung tỏa nhiệt từ phân tử nước. Vì vậy, nước đá tan chảy ở 0 độ C là một hiện tượng tự nhiên hoàn toàn đặc biệt và có thể giải thích theo các định luật khoa học.
