Tại sao sắt chìm trong nước nhưng lại nổi khi được thả vào thủy ngân?
Tổ Quốc | 19/08/2022 11:28 AM
(Tổ Quốc) - Khi bạn thả một chiếc đe sắt siêu nặng xuống một bể thủy ngân, điều kỳ lạ sẽ xảy ra, đó chính là chiếc đe sắt không thể chìm xuống dưới đáy và đây là một hiện tượng khoa học thuần túy khá thú vị.
Youtuber chuyên về khoa học CodyDon Reeder có gần 2 triệu người đăng ký kênh Cody's Lab của anh ấy. Trong một video gần đây, anh ta đã thực hiện một thí nghiệm độc đáo, đó là cho thủy ngân vào một chiếc bồn chuyên dụng, và sau đó thả một chiếc đe sắt nặng khoảng 50kg vào bên trong. Tuy nhiên chiếc đe sắt này lại không hề chìm xuống, ngay cả khi dùng tay tác động vào thì nó vẫn nổi lên như xốp nổi trên mặt nước. Tại sao lại như vậy?
Trên thực tế, việc nổi hay chìm một cách đáng kể của các vật thể sẽ phụ thuộc vào sự khác biệt giữa mật độ của hai vật thể. Mật độ đề cập đến lượng không gian mà một chất hoặc vật thể chiếm, hoặc thể tích của nó so với lượng vật chất có trong chất hoặc vật thể đó, hoặc khối lượng của nó. Nói một cách đơn giản, mật độ liên quan đến khối lượng vật chất trong một không gian cụ thể. Các nguyên tố ở đầu bảng tuần hoàn hóa học sẽ có mật độ thấp hơn các nguyên tố đằng sau nó.
Khối sắt nặng không chìm được trong bể thủy ngân
Khi thảo luận về mật độ, thủy ngân thường được đen ra với vai trò là thước đo cho các vật thể khác. Bạn có thể sẽ cảm thấy ngạc nhiên khi biết rằng các vật thể khối lượng lớn, chẳng hạn như thanh sắt hoặc quả tạ thường chìm trong nước lại có thể trôi nổi trên bề mặt của thủy ngân.
Dưới cái nhìn của khoa học, những vật thể có mật độ thấp hơn sẽ nổi lên trên những vật thể có mật độ vật chất cao hơn và ngược lại. Dựa trên định lý Archimedes, bất kỳ vật liệu nào được đặt trên chất lỏng sẽ làm dịch chuyển một phần của chất lỏng. Lúc này, phần chất lỏng được thay thế sẽ tạo ra một lực nổi tỷ lệ thuận với trọng lượng của vật thể. Nếu lực nổi mạnh hơn trọng lượng của vật liệu thì vật đó sẽ nổi. Tuy nhiên, nếu lực nổi yếu hơn, nó không thể giữ được vật thể, và sẽ làm cho vật thể chìm xuống.
Thủy ngân là một chất có tỷ trọng cao. Nguyên tố kim loại này có mật độ khoảng 13,5 gam trên centimet khối - nặng hơn 13 lần so với nước - 1 gam trên centimet khối. Trong khi đó, sắt nằm ở giữa, với khối lượng riêng là 7,87 gam trên một centimet khối. Qua đó, chúng ta có thể suy ra rằng sắt đặc hơn nước. Do đó, nó chắc chắn sẽ chìm xuống khi đặt trên mặt nước. Nhưng, thủy ngân nặng hơn sắt, và đó là lý do tại sao sắt nổi trong thủy ngân.
Tuy nhiên, các vật thể khác như bọt biển, gỗ và hầu hết các loại hoa quả đều có mật độ nhỏ hơn nước, vì vậy chúng sẽ dễ dàng trôi nổi trên mặt nước. Chai rỗng, bóng bay cũng tương tự như vậy vì chúng chứa đầy không khí, ít đặc hơn nước.
Thủy ngân có mật độ cao, vì vậy một số vật thể mà bạn có thể cho là nặng, như ổ bi thép hoặc quả nặng, sẽ thực sự trôi nổi trên bề mặt của thủy ngân. Các kim loại khác như đồng và niken, các vật liệu hữu cơ, chẳng hạn như nhựa, gỗ và đá cũng như một số loại khí và chất lỏng, có mật độ nhẹ hơn thủy ngân, cũng sẽ trôi nổi trong đó.
Một số vật chất như iridi với mật độ 22,65 gam trên một centimet khối, bạch kim là 21,4 và vàng với 19,3 có mật độ cao hơn thủy ngân thì sẽ chìm. Hầu hết các chất phóng xạ được gọi là nguyên tố actinide cũng sẽ không trôi nổi trong thủy ngân. Uranium có mật độ 19,1 gam trên centimet khối, neptunium có 20,45, trong khi lawrenxi có 16,6.
Còn nếu bạn đang tò mò rằng cơ thể của chúng ta có nổi được trên bề mặt thủy ngân hay không thì chắc chắn câu trả lời sẽ là có. Nếu tính đến mật độ nguyên chất, bạn sẽ nổi trên một lượng lớn thủy ngân kim loại. Đó là bởi vì cơ thể con người bao gồm khoảng 65-80% là nước, ít đậm đặc hơn thủy ngân. Hãy nhớ rằng, vật thể có tỷ trọng thấp hơn sẽ luôn nổi ở trên chất nặng hơn hoặc có tỷ trọng cao hơn.
Thủy ngân là nguyên tố hóa học có ký hiệu Hg (từ tên tiếng Latinh là Hydrargyrum) và số hiệu nguyên tử 80. Nó có nhiều tính chất khác biệt so với những kim loại thông thường.
Là một nguyên tố khối nặng màu bạc, thủy ngân là nguyên tố kim loại duy nhất ở dạng lỏng ở điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và áp suất.
Thủy ngân xuất hiện trong các khoáng vật trên toàn thế giới chủ yếu ở dạng chu sa (thủy ngân II sulfide). Các vermillion màu đỏ son có được bằng cách nghiền chu sa tự nhiên hoặc sulfide thủy ngân tổng hợp.
Người Trung Quốc và Hindu cổ đại đã biết tới thủy ngân và nó cũng được tìm thấy trong các ngôi mộ cổ Ai Cập có niên đại vào khoảng năm 1500 TCN. Tại Trung Quốc, Ấn Độ và Tây Tạng cổ đại, việc sử dụng thủy ngân được cho là kéo dài tuổi thọ, chữa lành chỗ gãy và duy trì một sức khỏe tốt. Người Hy Lạp cổ đại sử dụng thủy ngân trong thuốc mỡ và người La Mã sử dụng nó trong mỹ phẩm. Vào khoảng năm 500 TCN thủy ngân đã được sử dụng để tạo các hỗn hống với các kim loại khác. Tuy nhiên trên thực tế tác dụng của nó lại hoàn toàn ngược lại.
Tham khảo: Zmescience; Herebeanswers; Popularmechanics