Làm thế nào bạn có thể làm cho nước vô hình?

Đôi tay đeo găng tơ của ảo thuật gia múa trong không khí, khéo léo kéo lại một tấm vải để làm chỗ dựa cho trò lừa tiếp theo của anh ta: một bể cá bằng kính. Nó có vẻ trống rỗng, nhưng nhà ảo tưởng học khẳng định rằng bể cá chứa một chất đáng chú ý nhất: nước vô hình . Để chứng minh, anh ta đặt một chiếc thuyền bằng giấy thiếc bên trong bể, và nó vui vẻ tung tăng lên xuống, như thể nổi trên một bề mặt không thể nhìn thấy được.

Tiếp theo, nhà ảo thuật gia tạo ra một chiếc cốc nhựa và bắt đầu giải vây cho chiếc xe tăng. Có vẻ như anh ấy đang làm nhiều hơn một chút so với việc nghiền ngẫm, nhưng mực nước không thể nhìn thấy dường như sẽ thấp hơn với mỗi cốc. Chiếc thuyền nhỏ thậm chí còn nhấp nhô nhiều hơn, cứ như thể mỗi lần nhúng tay của nhà ảo thuật gia lại làm xáo trộn bề mặt nhiều hơn.

Có lẽ bạn đã thấy kỳ tích này được biểu diễn trên một chương trình trò chuyện hoặc trong các video trên Internet. Nó được thực hiện như thế nào? Người tập không sử dụng tay, dây hoặc các hiệu ứng kỹ thuật số đặc biệt để làm nổi chiếc thuyền nhỏ. "Phép thuật" tại nơi làm việc không gì khác chính là một loại khí vô hình có tên là sulfur hexafluoride (SF ₆ ). Hơi nước kỳ lạ này hoạt động giống như nước ảo vì nó nặng hơn và đặc hơn không khí. Khi đổ vào bể cá, nó chìm xuống đáy và có thể nâng đỡ trọng lượng của những vật rất nhẹ nổi trên bề mặt của nó.

Sulfur hexafluoride hoàn toàn không độc và không cháy, lý tưởng cho các mục đích sử dụng khoa học khác nhau. Các chuyên gia y tế sử dụng nó như một khí thử nghiệm khi nghiên cứu hệ hô hấp, và ngành công nghiệp năng lượng điện sử dụng rộng rãi nó như một vật liệu cách nhiệt.

Chất này đã xuất hiện trong mọi thứ, từ giày thể thao bóng rổ của Nike đến tàu vũ trụ của NASA, nhưng ảo ảnh nước trong hình ảnh chắc chắn không phải là khoa học tên lửa. Đọc trang tiếp theo để tìm hiểu điều gì làm cho ảo tưởng có thể xảy ra.

Vậy tại sao lưu huỳnh hexafluoride lại hoạt động như một chất lỏng? Tất cả phụ thuộc vào trọng lượng và mật độ , hoặc mức độ gần của các phân tử bên trong một chất với nhau.

Lưu huỳnh hexafluoride là một chất khí đặc biệt đậm đặc - gần như gấp 5 lần không khí. Điều này chỉ có nghĩa là nhiều phân tử của nó sống trong một không gian nhất định hơn là với hầu hết các loại khí khác. Trên hết, mỗi phân tử SF ₆ cũng nặng hơn một phân tử không khí. Nếu bạn thả một quả bóng chứa đầy lưu huỳnh hexafluoride (trọng lượng phân tử 146) và một quả bóng chứa đầy heli (trọng lượng phân tử 4) vào không khí (trọng lượng phân tử 29), quả bóng bay heli sẽ bay lên trần nhà và quả bóng chứa đầy SF ₆ sẽ chìm xuống sàn.

Đây là lý do tại sao lưu huỳnh hexafluoride chỉ nằm ở đáy bể trong quá trình thí nghiệm nước vô hình. Về cách một chiếc thuyền nhỏ bằng giấy thiếc có thể nổi trên bề mặt của nó, bạn phải hiểu cách một vật thể tương tự sẽ nổi trong nước - do dịch chuyển . Trong khi bạn có thể lái một chiếc xe tăng băng qua một hồ nước đóng băng, bạn phải gian lận để nổi khối lượng đó trên mặt nước ở dạng lỏng. Một vật trong chất lưu chịu một lực hướng lên bằng trọng lượng của chất lỏng mà vật đó dịch chuyển. Ví dụ, một chiếc thuyền nặng 227 kg sẽ chìm trong nước cho đến khi nó choán nước 500 pound.

Nhưng ngay cả những con tàu biển nặng nhất cũng không có tất cả trọng lượng của chúng ở dưới đáy. Có một lượng không khí đáng kể bên trong, vì vậy con tàu nặng 500 pound được thiết kế tốt sẽ choán nước 500 pound để triệt tiêu trọng lượng của nó trước khi chìm xuống dưới một điểm mong muốn. Đây được gọi là lực nổi . Mối quan hệ tương tự cũng đúng với một con tàu nổi trên biển chứa lưu huỳnh hexafluoride. Tuy nhiên, vì SF ₆ vẫn là một chất khí và ít đặc hơn nước ở thể lỏng, nên vật thể nổi phải nhẹ hơn nhiều để có thể nổi. Đây là lý do tại sao các thí nghiệm nước vô hình thường liên quan đến những chiếc thuyền nhẹ làm từ một tấm giấy thiếc.

Nhiều nhà khoa học cũng thích khoe khoang những gì sẽ xảy ra khi bạn hít phải sulfur hexafluoride. Đổ đầy khí vào phổi và giọng nói của bạn sẽ trầm hơn tạm thời. Điều này là do tốc độ của âm thanh phụ thuộc vào trọng lượng phân tử của khí tham gia. Một vài từ lẩm bẩm sẽ phát ra dưới dạng tiếng rít trong khí nhẹ như heli, nhưng sẽ chậm lại theo tỷ lệ Darth Vader với khí nặng như SF ₆ . Sóng âm truyền qua các phân tử va chạm. Nói chung, chất càng đặc, âm thanh càng nhanh - nhưng các phân tử nặng hơn không di chuyển xa. 

Các chuyên gia cảnh báo không nên hít phải sulfur hexafluoride nếu không có hướng dẫn thích hợp. Khí nặng sẽ tiếp tục ở dưới đáy phổi của bạn nếu không được tống ra ngoài đúng cách - và đó là chỗ bạn cần để cung cấp oxy cho sự sống.

­

Khám phá các liên kết trên trang tiếp theo để tìm hiểu thêm về khả năng nổi và xem video về thử nghiệm đang hoạt động.

Xu hướng giảm xuống lưu huỳnh Hexafluoride

Bên cạnh sự phổ biến trên các trang video Internet, sulfur hexafluoride còn nổi tiếng vì một lý do khác. Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) xác định SF ₆ là khí có khả năng làm ấm toàn cầu (GWP) mạnh nhất. Và vì nó có tuổi thọ trong khí quyển là 3.200 năm, nên mọi phân tử của nó được giải phóng bởi các ngành công nghiệp và thí nghiệm trong phòng thí nghiệm sẽ tồn tại trong một thời gian khá dài.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn

­