Nước có thể nổi trên dầu, theo nghiên cứu mới bác bỏ hiểu biết thông thường của con người về mối quan hệ giữa hai loại chất lỏng này.
Trước nay, người ta luôn cho rằng dầu nhẹ hơn nước, bằng chứng là khối lượng riêng của dầu thấp hơn, giúp nó nổi trên mặt nước.
Tuy nhiên, phát hiện mới của Chi Phan, thuộc Đại học Curtin [Úc], cho thấy một tính chất bất thường trong quan hệ giữa nước và dầu.
Thí nghiệm cho thấy nước nổi trên dầu
- [Ảnh: American Chemical Society]
Ở thể tích nhỏ, hạt nước có thể duy trì trạng thái ổn định trong môi trường dầu và không bị chìm khi chịu tác động nhẹ.
Thông thường, yếu tố xác định một vật nổi hay không chính là mật độ phân tử của nó. Ví dụ, khí nóng ít đậm đặc bằng khí lạnh, đó là lý do tại sao khinh khí cầu bơm khí nóng sẽ bay được.
Dầu thô có độ đậm đặc thấp hơn nước biển, do vậy dầu nổi trên mặt nước.
Để giúp nước nổi trên dầu, các chuyên gia tìm cách tác động đến độ liên kết giữa các phân tử của nước, đồng thời tận dụng sức căng bề mặt của dầu, cho phép nước nằm trên dầu, giống như trường hợp nhện nước, theo báo cáo đăng trên chuyên san Langmuir.
Phát hiện mới có thể mở ra ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp, chẳng hạn như hỗ trợ công tác dọn dẹp dầu tràn.
Các hạt nước có thể mang theo vi khuẩn ăn dầu, và khi nằm trên phần dầu tràn, các vi khuẩn cứ tự nhiên nhấm nháp dầu loang mà không bị phân tán, đẩy nhanh tốc độ làm sạch vùng ô nhiễm.
Đã bao giờ các bạn rửa bàn tay dính đầy dầu và nhận ra rằng nó không thể nào rửa được bằng nước? Hoặc có lần các bạn nghe nói về những vụ tràn dầu, bạn thắc mắc tại sao cả đại dương nước không thể hòa tan được lượng dầu nhỏ bé đó? Có 2 nguyên nhân chính giải thích vì sao dầu không thể hòa tan vào trong nước và 2 nguyên nhân này đều có liên quan đến các thành phần rất nhỏ gọi là phân tử.
Mọi thứ xung quanh chúng ta đều được tạo nên từ các hạt rất nhỏ gọi là phân tử. Cách để 2 chất tiếp xúc với nhau phụ thuộc vào sự tương tác lý - hóa giữa các phân tử của chất đó.
Dầu và nước không trộn lẫn nhau là do các phân tử của mỗi chất liên kết bằng những cách khác nhau.
Nguyên nhân đầu tiên khiến dầu và nước không thể trộn lẫn vào nhau là do các phân tử của mỗi chất liên kết bằng những cách khác nhau. Các phân tử nước liên kết với nhau chặt chẽ hơn. Hãy hình dung bên trong một cốc nước có chứa số lượng các phân tử còn nhiều hơn số ngôi sao trên bầu trời. Điều này có nghĩa là nếu so sánh cùng một lượng nước và dầu, số lượng phân tử trong nước sẽ nhiều hơn dầu. Điều đó giải thích vì sao nước luôn chìm xuống và dầu luôn nổi lên phía trên.
Sự phân cực
Có thêm một lý do khác khiến nước và dầu không thể hòa tan vào nhau là do sự phân cực. Chính xác hơn, độ âm điện của mỗi nguyên tố là khác nhau, trong phân tử, hiệu số độ âm điện này sẽ quyết định phân tử đó có liên kết phân cực hay không [từ 0,4 đến 1,8]. Nước là phân tử phân cực. Nó được tạo thành từ 2 nguyên tử Hydro và 1 nguyên tử Oxy. 3 nguyên tử này liên kết với nhau không theo dạng mạch thẳng mà tạo thành hình chữ V. Các electron trong phân tử phân bố ở vị trí của Oxy nhiều hơn so với Hidro, do đó vị trí của Oxy sẽ mang cực âm và ngược lại, 2 đầu hidro mang cực dương.
Các phân tử phân cực chỉ hòa tan trong dung môi phân cực. Các phân tử không phân cực thì chỉ tan được trong dung môi không phân cực. Đáng buồn thay, dầu có cấu trúc phân tử không phân cực. Và do đó, khi cho dầu vào nước, nó chỉ nổi lên bề mặt do nguyên nhân 1 chứ không hòa tan vào nước.
Dĩ nhiên là với các công nghệ tiến bộ ngày nay, chúng ta đã có những loại chất tẩy rửa hoặc xà phòng giúp rửa tay chúng ta hoặc các dụng cụ gia đình sạch vết dầu.
Những chú chim thường xuyên phải nhào ngụp xuống nước để bắt cá cũng dựa vào đặc tính của dầu để bảo vệ mình. Bộ lông vũ trên cơ thể chúng thường xuyên được “tráng” một lớp dầu mỡ đặc biệt tiết ra từ các lỗ chân lông. Nếu không có lớp dầu đó bảo vệ, lông vũ sẽ bị ướt và khí đó chim sẽ chết chìm ngay. Có thể thấy vào lúc trời mưa, những con vịt hăng hái chạy đi chạy lại mà lông không hề bị ướt, còn các chú gà do trên lông không có lớp dầu che phủ, nên bị nước mưa thấm ướt và trở thành gà “rù”. |
Cập nhật: 13/09/2021
Nếu quan sát cẩn thận một chút đĩa rau vừa xào xong, nói chung bạn có thể thấy trên mặt lớp nước xào có nổi một số giọt dầu. Nhỏ mấy giọt đầu vào nước trong, mấy giọt đầu này lập tức loang ra thành một màng dầu mỏng, nổi trên mặt nước, cho dù bạn có khuấy mạnh đến đâu, bao giờ nước và dầu cũng ngăn cách nhau, không thể hoà tan làm một.
Vì sao nước và dầu không thể hoà tan làm một?
Chúng ta đã biết nước suối có thể nhô cao hơn miệng cốc mà không tràn ra ngoài là vì sức hút lẫn nhau kéo chặt các phần tử trên bề mặt chất lỏng lại.
Sức căng bề mặt của các loại chất lỏng không giống nhau, sức căng bề mặt của dầu nhỏ so với nước, khi dầu rơi vào nước, nước muốn co lại hết mức nên đã kéo dầu dẫn ra thành một lớp màng đầu mỏng nổi trên mặt nước. Hơn nữa tỷ trọng đầu lại nhỏ hơn nước rất nhiều cho nên dù bạn có dùng sức khuấy như thế nào, bao giờ màng đầu vẫn nổi trên mặt nước không hoà tan làm một với nước.
Những chú chim thường xuyên phải nhào ngụp trong nước để bắt cá cũng đều dựa vào đặc tính của đầu để bảo vệ mình. Bộ lông vũ trên toàn thân chúng thường xuyên được bôi đây một loại dầu mỡ đặc biệt tiết ra từ trong thân. Nếu không có lớp màng dầu đó bảo vệ thì lông vũ sẽ bị ướt và khi đó chim lập tức chết chìm ngay.
Đã bao giờ các bạn rửa bàn tay dính dầy dầu và nhận ra rằng nó không thể nào rửa được bằng nước? Hoặc có lần các bạn nghe nói về những vụ tràn dầu, bạn thắc mắc tại sao cả đại dương nước không thể hòa tan được lượng dầu nhỏ bé đó? Có 2 nguyên nhân chính giải thích vì sao dầu không thể hòa tan vào trong nước và 2 nguyên nhân này đều có liên quan đến các thành phần rất nhỏ gọi là phân tử. Mọi thứ xung quanh chúng ta đều được tạo nên từ các hạt rất nhỏ gọi là phân tử. Cách để 2 chất tiếp xúc với nhau phụ thuộc vào sự tương tác lý - hóa giữa các phân tử của chất đó.
Dầu và nước có mật độ phân tử khác nhau
Nguyên nhân đầu tiên khiến dầu và nước không thể trộn lẫn vào nhau là do các phân tử của mỗi chất liên kết bằng những cách khác nhau. Các phân tử nước liên kết với nhau chặt chẽ hơn. Hãy hình dung bên trong một cốc nước có chứa số lượng các phân tử còn nhiều hơn số ngôi sao trên bầu trời. Điều này có nghĩa là nếu so sánh cùng một lượng nước và dầu, số lượng phân tử trong nước sẽ nhiều hơn dầu. Điều đó giải thích vì sao nước luôn chìm xuống và dầu luôn nổi lên phía trên.
Sự phân cực
Có thêm một lý do khác khiến nước và dầu không thể hòa tan vào nhau là do sự phân cực. Chính xác hơn, độ âm điện của mỗi nguyên tố là khác nhau, trong phân tử, hiệu số độ âm điện này sẽ quyết định phân tử đó có liên kết phân cực hay không [từ 0,4 đến 1,8]. Nước là phân tử phân cực. Nó được tạo thành từ 2 nguyên tử Hydro và 1 nguyên tử Oxy. 3 nguyên tử này liên kết với nhau không theo dạng mạch thẳng mà tạo thành hình chữ V. Các electron trong phân tử phân bố ở vị trí của Oxy nhiều hơn so với Hidro, do đó vị trí của Oxy sẽ mang cực âm và ngược lại, 2 đầu hidro mang cực dương. Các phân tử phân cực chỉ hòa tan trong dung môi phân cực. Các phân tử không phân cực thì chỉ tan được trong dung môi không phân cực. Đáng buồn thay, dầu có cấu trúc phân tử không phân cực. Và do đó, khi cho dầu vào nước, nó chỉ nổi lên bề mặt do nguyên nhân 1 chứ không hòa tan vào nước. Dĩ nhiên là với các công nghệ tiến bộ ngày nay, chúng ta đã có những loại chất tẩy rửa hoặc xà phòng giúp rửa tay chúng ta hoặc các dụng cụ gia đình sạch vết dầu. Xin cám ơn hóa học. 😃
Tham khảo Education, Smithsonianmag, Wired
Trước nay, người ta luôn cho rằng dầu nhẹ hơn nước, bằng chứng là khối lượng riêng của dầu thấp hơn, giúp nó nổi trên mặt nước.
Tuy nhiên, phát hiện mới của Chi Phan, thuộc Đại học Curtin [Úc], cho thấy một tính chất bất thường trong quan hệ giữa nước và dầu.
Ở thể tích nhỏ, hạt nước có thể duy trì trạng thái ổn định trong môi trường dầu và không bị chìm khi chịu tác động nhẹ.
Thông thường, yếu tố xác định một vật nổi hay không chính là mật độ phân tử của nó. Ví dụ, khí nóng ít đậm đặc bằng khí lạnh, đó là lý do tại sao khinh khí cầu bơm khí nóng sẽ bay được.
Dầu thô có độ đậm đặc thấp hơn nước biển, do vậy dầu nổi trên mặt nước.
Để giúp nước nổi trên dầu, các chuyên gia tìm cách tác động đến độ liên kết giữa các phân tử của nước, đồng thời tận dụng sức căng bề mặt của dầu, cho phép nước nằm trên dầu, giống như trường hợp nhện nước, theo báo cáo đăng trên chuyên san Langmuir.
Phát hiện mới có thể mở ra ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp, chẳng hạn như hỗ trợ công tác dọn dẹp dầu tràn.
Các hạt nước có thể mang theo vi khuẩn ăn dầu, và khi nằm trên phần dầu tràn, các vi khuẩn cứ tự nhiên nhấm nháp dầu loang mà không bị phân tán, đẩy nhanh tốc độ làm sạch vùng ô nhiễm.
Hạo Nhiên
>> Chuyển trực tiếp tế bào da thành tế bào não
>> Tái lập trình tế bào
>> Xe hơi điện tí hon