Giải thích trạng thái thứ hai của nước lỏng

Phần lớn nước trên Trái đất tồn tại ở một trong ba trạng thái hay ba pha – rắn, lỏng, và khí. Tùy thuộc vào môi trường và các phân tử của một nguyên tố nhất định được sắp xếp như thế nào, nó có thể biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, và một số nguyên tố thậm chí còn có thể có nhiều hơn một dạng rắn (hãy nghĩ tới cacbon vừa có dạng kim cương vừa có dạng than chì).

Chúng ta thường nghĩ nước tuân theo tiêu chuẩn này, tồn tại hoặc ở dạng lỏng, dạng rắn (băng), hoặc khí (hơi), nhưng H₂O có lẽ không đơn giản như ta vẫn nghĩ. Trong một bài báo đăng trên tạp chí International Journal of Nanotechnology hồi tháng trước, các nhà nghiên cứu phát hiện thấy một số tính chất vật lí của nước biến đổi trong một phạm vi nhiệt độ đặc biệt, về cơ bản thu được hai trạng thái khác biệt của nước lỏng.

Từ 50^o đến 60^oC (122^o đến 144^oF), những tính chất nhất định của nước, như suất căng bề mặt hoặc chiết suất của nó, hành xử hơi khác với cái được trông đợi ở trạng thái lỏng của nó. Theo các tác giả, nghiên cứu của họ “tập trung chú ý vào một hành trạng song tuyến vạch ra một ranh giới giao cắt trong ngưỡng nhiệt độ 50 ± 10°C giữa hai trạng thái khả dĩ ở nước lỏng.”

Nay Rodrigo Ledesma-Aguilar, giảng viên kì cựu tại Khoa vật lí và Kĩ thuật Điện, Đại học Northumbria, Newcastle, vừa chia sẻ lời giải thích của ông cho hành trạng kì lạ này.

Các liên kết hydro. Ảnh: Wikimedia Commons, CC BY-SA

Trong một bài báo đăng trên The Conversation, Ledesma-Aquilar trình bày rằng hành trạng khác lạ này có thể giải thích được bởi cấu trúc phân tử của nước.

H₂O hấp dẫn vì nó có hình dạng giống mũi tên, với đầu nhọn oxy và hai hydro ở hai bên. “Các electron trong phân tử có xu hướng phân bố hơi bất đối xứng, làm cho đầu oxy tích điện âm so với đầu hydro,” Ledesma-Aguilar giải thích. Vì vậy, các tính chất của nước có xu hướng khác với tính chất của những chất lỏng khác, và trạng thái thứ hai này có khả năng là một thí dụ nữa của một hành trạng dị biệt như thế.

Ledesma-Aguilar còn cho biết trạng thái thứ hai của nước là một liên tưởng tới tinh thể lỏng. “[Một] khả năng giải thích pha biểu kiến mới của nước là nó hành xử có chút na ná như tinh thể lỏng,” Ledesma-Aguilar nói. “Liên kết hydro giữa các phân tử giữ được chừng mực trật tự nào đó ở nhiệt độ thấp, nhưng cuối cùng ở nhiệt độ cao hơn thì nó đưa đến pha lỏng thứ hai, kém trật tự hơn. Điều này có thể lí giải những sai lệch mà các nhà nghiên cứu quan sát thấy trong số liệu của họ.”

Cho dù nguyên nhân của trạng thái thứ hai này của nước là gì, nhưng việc khám phá ra nó đưa chúng ta tiến vào con đường nhận thức tốt hơn hành tinh của chúng ta và bản thân chúng ta – xét cho cùng, hai phần ba bề mặt Trái đất được bao phủ trong nước, và nước là một thành phần thiết yếu của sự sống. Vì thế, ta càng hiểu rõ hơn về nước thì càng tốt.

Nguồn: Phys, The Convesation

Bài trước | Bài kế tiếp