Tại sao sắt chìm trong nước nhưng lại nổi khi thả thủy ngân?

Youtuber khoa học CodyDon Reeder có gần 2 triệu người đăng ký kênh Cody’s Lab của anh ấy. Trong một video mới đây, anh đã thực hiện một thí nghiệm độc đáo, đó là cho thủy ngân vào một bình chuyên dụng, sau đó thả một chiếc đe bằng sắt nặng khoảng 50kg vào bên trong. Tuy nhiên, chiếc đe sắt này không hề chìm, thậm chí khi dùng tay sờ vào vẫn nổi lên như bọt nổi trên mặt nước. Tại sao vậy?

Trên thực tế, sự nổi hoặc chìm 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 khoảng không gian mà một chất hoặc vật thể chiếm giữ, 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 đề cập đến khối lượng của vật chất trong một không gian cụ thể. Các nguyên tố ở đầu bảng tuần hoàn sẽ có mật độ thấp hơn các nguyên tố đứng sau nó.

Khối sắt nặng không thể chìm trong bể thủy ngân

Khi thảo luận về tỷ trọng, người ta thường bôi đen thủy ngân để làm thước đo cho các vật thể khác. Bạn có thể 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 nổi trên bề mặt thủy ngân.

Theo quan điểm của khoa học, những vật có mật độ thấp hơn sẽ vượt lên trên những vật có mật độ cao hơn, và ngược lại. Dựa trên định lý Archimedes, bất kỳ vật chất nào đặt trên chất lỏng sẽ chuyển dịch một phần của chất lỏng. Lúc này, chất lỏng bị dịch chuyển sẽ tạo ra lực nổi tỷ lệ với trọng lượng của vật. Nếu lực nổi mạnh hơn trọng lượng của vật thì vật đó sẽ nổi. Tuy nhiên, nếu lực nổi yếu hơn, nó không thể giữ được vật thể, và sẽ làm 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 mật độ 7,87 gam trên một cm khối. Từ 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 trái cây đều ít đặc hơn nước nên chúng sẽ dễ dàng nổi trên mặt nước. Chai rỗng và bóng bay cũng tương tự như vậy vì chúng chứa đầy không khí, ít đặc hơn nước.

Thủy ngân có tỷ trọng cao, vì vậy một số vật thể mà bạn có thể coi là nặng, như ổ bi thép hoặc quả nặng, sẽ thực sự nổi trên bề mặt 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 chất khí và chất lỏng, có tỷ trọng nhẹ hơn thủy ngân, cũng sẽ trôi nổi trong chúng.

Một số chất như iridi với mật độ 22,65 gam trên một cm khối, bạch kim là 21,4 và vàng với mật độ 19,3 cao hơn thủy ngân sẽ chìm xuống. Hầu hết các chất phóng xạ được gọi là actinide cũng sẽ không trôi nổi trong thủy ngân. Uranium có mật độ 19,1 gam trên một cm khối, neptunium có 20,45, trong khi lawrenium có 16,6.

Và nếu bạn tò mò liệu cơ thể chúng ta có thể nổi trên bề mặt thủy ngân hay không, câu trả lời chắc chắn 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, một vật có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ luôn nổi lên trên một chất nặng hơn hoặc đặc hơn.

Thủy ngân là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Hg (từ tên Latinh Hydrargyrum) và số nguyên tử 80. Nó có nhiều tính chất khác với các kim loại thông thường.

Là một nguyên tố khối lượng nặng bằng bạc, thủy ngân là nguyên tố kim loại duy nhất ở thể lỏng ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn.

Thủy ngân xuất hiện trong các khoáng chất trên toàn thế giới chủ yếu ở dạng chu sa (thủy ngân II sulfua). Màu đỏ son có được bằng cách mài chu sa tự nhiên hoặc thủy ngân sulfua tổng hợp.

Người Trung Quốc và người theo đạo Hindu cổ đại đã biết đến thủy ngân, và nó cũng được tìm thấy trong các ngôi mộ Ai Cập cổ đại có niên đại khoảng 1500 năm trước Công nguyên. Ở Trung Quốc, Ấn Độ và Tây Tạng cổ đại, việc sử dụng thủy ngân được cho là để kéo dài tuổi thọ, chữa lành gãy xương và duy trì 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. Khoảng 500 năm trước Công nguyên, thủy ngân đã được sử dụng để tạo 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; Cơ học phổ biến

Theo Nguyễn Hằng