Giải thích một số hiện tượng qua lăng kính hoá học

Nước đá khô là gì và có công dụng như thế nào?

Nước đá khô (hay còn gọi là tuyết cacbonic) được điều chế từ khí CO _2­hoặc CO _2­hoá lỏng. Đây các tác nhân lạnh ở thể rắn cung cấp lạnh cho nơi tiêu thụ lạnh bằng các biến đổi trạng thái: đá khô thăng hoa thành hơi, không qua trạng thái lỏng.

CO ₂hoá lỏng, đặc biệt là nước đá khô (không độc hại), được ứng dụng thích hợp để bảo quản những sản phẩm kỵ ẩm và dùng làm lạnh đông thực phẩm. Dùng đá khô để làm lạnh và bảo quản gián tiếp các sản phẩm có bao gói nhưng có thể dùng làm lạnh và bảo quản trực tiếp. Chính chất tác nhân lạnh này (CO ₂) đã làm ức chế sự sống của vi sinh vật, giữa được vị ngọt - màu sắc cho hoa quả. Đồng thời hạn chế được tổn hao khối lượng tự nhiên của sản phẩm do sự bay hơi từ bề mặt sản phẩm và các quá trình lên men, phân huỷ.

Tại sao khi đi gần các sông, hồ bẩn vào ngày nắng nóng, người ta lại ngửi thấy mùi khai?

Khi nước sông, hồ bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ giầu đạm như nước tiểu, phân hữu cơ, rác thải hữu cơ… lượng urê trong các chất hữu cơ sinh ra nhiều. Dưới tác dụng của men ureaza của các vi sinh vật, urê bị phân huỷ tiếp thành CO ₂và NH ₃theo phản ứng

(NH ₄) ₂CO + 2 H ₂O®CO _3­+ 2 NH ₃

NH ₃sinh ra hoà tan trong nước sông, hồ dưới dạng một cân bằng động

NH ₃ + H ₂O®NH ₄⁺+ OH ^- (pH < 7, nhiệt độ thấp)

NH ₄⁺+ OH ^-®NH ₃ + H ₂O (pH > 7, nhiệt độ cao)

Như vậy khi trời nắng (nhiệt độ cao), NH ₃sinh ra do các phản ứng phân huỷ urê chứa trong nước sẽ không hoà tan vào nước mà bị tách ra, bay vào không khí làm cho không khí quanh sông, hồ có mùi khai khó chịu.

Tại sao khi thay đổi thời tiết hay sinh ra sương mù?

Các chất hơi, khí (gọi chung là khói) trong đó có nhiều loại hơi khí độc xuất phát từ một nguồn phát thải nào đó, chẳng hạn một cái lò, một khu vực đốt lửa… có thể tản trong không khí theo một trong 3 cách: Bốc hơi lên cao, bay ngang hoặc là bay xuống mặt đất. Các yếu tố quyết định trạng thái lan toả của khói chủ yếu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của thời tiết và khí tượng (gió, nhiệt độ không khí), địa hình và cả của chính bản thân nguồn tạo khói (nhiệt độ, tải lượng). Ngoài ra tính chất của các phần tử có chứa trong khói như độ tan trong nước, khả năng tham gia các phản ứng hoá học với không khí… sẽ xác định thời gian phân tử đó có thể lưu lại trong không khí bao lâu. Nếu chất đó có thể lưu lâu trong không khí thì khả năng lan toả của các phân tử các chất đó càng lớn.

Nếu chỉ đơn thuần xét về góc độ vật lý, sự lan toả của khói từ các nguồn vào không khí trong điều kiện địa hình bằng phẳng thì người ta thấy hướng gió xác định hướng phát tán của khói, còn tốc độ gió, tình trạng nhiệt độ các lớp không khí sẽ xác định độ bốc cao của cột khói.

Nếu hoàn toàn không có chút gió nào thì cột khói sẽ bốc thẳng đứng lên cao do khói thoát ra từ nguồn thường nóng hơn (nhiệt độ cao hơn) và nhẹ hơn (tỷ trọng thấp hơn) không khí. Khi có gió, khói nhanh chóng trộn lẫn với không khí xung quanh, bị pha loãng và bay theo hướng gió và vẫn tiếp tục bay cao. Độ cao cực đại của cột khói phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt độ của các lớp không khí phía trên cột khói. Thông thường cứ lên cao 100 m thì nhiệt độ không khí giảm 1 ⁰C nên cột khói tiếp tục lên cao đến khi khói loãng và không khí xung quanh cân bằng về nhiệt độ và tỷ trọng.

Trong một vài trường hợp đặc biệt của thời tiết, càng lên cao không khí càng nóng thì cột khói sau khi bốc lên đến độ cao nào đó sẽ lại là xuống gần mặt đất. Quá trình này gọi là quá trình đảo. Quá trình này thường xảy ra vào ban đêm khi mặt đất nguội đi rất nhanh còn phía trên cao có luồng không khí nóng từ các nơi khác tràn về. Hiện tượng này còn có thể xảy ra cả ban ngày vào mùa lạnh. Khi khói là xuống mặt đất và lan toả trong không khí sẽ tạo ra điều kiện cho các phần tử tạo mù trong khói như SO ₂, NO _x… gây ra hiện tượng sương mù. Đây là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng cứ “trở trời” là có hiện tượng sương mù.

Khí cacbonic trong khí quyển sẽ tồn tại trong bao lâu, và ảnh hưởng như thế nào?

Hàng năm, một lượng lớn khí cacbonic (CO ₂) sinh ra trên trái đất, trong đó CO ₂có nguồn gốc tự nhiên (núi lửa phun trào, sự phát thải của sinh vật…) là 600.000 triệu tấn, và có nguồn gốc từ hoạt động của con người (đốt nhiên liệu trong hoạt động sản xuất và đời sống) là 22.000 triệu tấn.

Tuy sinh ra nhiều như vậy, nhưng sẽ có một lượng CO ₂tương đương chuyển hoá sang dạng khác và tồn tại một cân bằng trong tự nhiên, các cân bằng này có liên kết mật thiết với các quá trình trên mặt đất, mặt biển và trong sinh vật.

Như vậy, ngược lại với các quá trình phát sinh CO ₂, còn có quá trình “tiêu diệt CO­ ₂”. Đó là các quá trình quang hợp ở thực vật, quá trình hoà tan CO ₂của nước (chủ yếu là nước biển), sự lắng đọng xác sinh vật giầu các bon (các loại vỏ đá vôi của sinh vật) và sự tạo thành hoá thạch…

Theo tính toán của các nhà khoa học CO­ ₂sau khi hình thành trong khí quyển (dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo) đều có thể tồn tại từ 2 đến 4 năm. Trong thời kỳ tồn tại, CO ₂ đủ thời gian để phát tán suốt dọc vùng xích đạo và ảnh hưởng chung đến bầu khí quyển trái đất và gây ra hiệu ứng nhà kính, hấp thụ mạnh tia hồng ngoại.

Theo dự báo của các nhà khoa học, vào năm 2050 nồng độ CO _2­trong khí quyển sẽ vượt 0,06% thể tích (khoảng 10000 ppm), vào vào năm 2200 con số này sẽ là 0,07% thể tích (hiện tại là 0,035% thể tích hay 5.800 ppm) nếu như con người không có biện pháp giảm thải CO ₂.

Khi nồng độ CO ₂trong khí quyển tăng cao hơn nữa, có thể khí hậu sẽ có nhiều thay đổi bất lợi cho sự phát triển của nền kinh tế thế giới và đe doạ sự sinh tồn của con người.

Tại sao chúng ta lại ngửi thấy mùi đặc biệt ở ruộng khô nẻ khi mưa xuống, nhất là các cơn mưa đầu mùa?

Mùi đặc biệt được sinh ra do các vi khuẩn sống trong đất có tên gọi là Streptomycetes. Streptomycetes có rất nhiều trong đất khô và ấm. Số lượng vi khuẩn có thể lên đến hàng triệu trong mỗi nhúm đất. Vi khuẩn này thải ra các hợp chất như geosmin và 2 methyl isoborneol, là những chất rất dễ bay hơi khi gặp mưa xuống. Đó là lý do tại sao chúng ta thường ngửi thấy mùi mốc sau trận mưa đầu tiên của mùa mưa trên thửa ruộng khô. Mùi này cũng có thể ngửi thấy ở những thửa ruộng vừa cày xong do đất cày được phơi ra và bốc ra hơi các hoá chất kể trên.

Chất khử trùng clo gây hại sức khoẻ

Các nhà khoa học thuộc Đại học Boston (Mỹ) vừa yêu cầu Chính phủ xem xet để loại bỏ clo (đang được dùng rộng rãi trong xử lý nước sinh hoạt và trong công nghiệp thực phẩm, giải khát) khỏi danh mục chất khử trùng. Họ cho biết, phụ nữ uống nước xử lý bằng clo dễ bị sẩy thai và nếu sinh con thì tỷ lệ dị tật ở trẻ sơ sinh là rất lớn.

Một điều tương đối đặc biệt là với những phụ nữ sống tại khu vực nông nghiệp có sử dụng clo trong xử lý nước sinh hoạt, nguy cơ trên cao gấp đôi so với phụ nữ sống ở thành thị.

Theo các nhà nghiên cứu, nước khử trùng bằng clo có tính độc hại là do clo có thể kết hợp với một số chất có trong nước tạo thành một chất hữu cơ hết sức độc hại là cloroform và một số dẫn xuất chứa clo, trong đó có cả các chất cloramin. Đây là các chất được cho là có thể gây ung thư cho người sử dụng nước để ăn uống. Tại Mỹ, các sản phẩm nước uống có sử dụng hợp chất chứa clo để khử trùng phải tuân thủ những kiểm tra hết sức ngặt nghèo nhằm hạn chế nồng độ của axit cloracetic, các muối bromat và clorat… ở mức độ an toàn cho phép.

Trước đây, một báo động về tác hại của chất khử trùng trihalometan (trong đó có cloroform là một đại diện) cũng đã buộc Chính phủ Mỹ quy định lại hàm lượng cho phép của chúng trong nước sinh hoạt. Theo đánh giá động thái này đã góp phần làm giảm số người bị ung thư bàng quang, từ 9.300 xuống còn hơn 2.300 trường hợp/ năm.

Bí mật kính đổi màu

Nếu bạn là người bị cận thị, khi bạn đi trên đường dưới ánh nắng mặt trời, bạn phải thay kính cận bằng kính râm. Khi về đến nhà bại lại phải thay kính râm bằng kính cận. Điều đó hiển nhiên là rất bất tiện. Nếu bạn có một cái kính có khả năng biến màu, các bạn sẽ đỡ bị gặp rắc rối như trên. Kính biến màu có đặc tính là dưới ánh sáng mặt trời sẽ bị sẫm màu biến thành kính râm, nên các bạn sẽ có cảm giác dễ chịu dưới ánh sáng mặt trời. Khi bạn vào nhà, màu sẽ bị mất và kính sẽ trở thành kính thường, giúp bạn đọc sách và làm việc, hoàn toàn giống loại kính cận bình thường.

Vậy đâu là bí mật của kính đổi màu? Nguyên do là với loại kính biến màu, các mắt kính được chế tạo từ loại thuỷ tinh có đặc điểm có thể thay đổi màu. Trong khi chế tạo loại thuỷ tinh biến màu người ta thêm vào nguyên liệu natri cacbonat, canxi cacbonat và silic oxit một muối bạc clorua làm thành phần cảm quang, một lượng nhỏ đồng làm chất tăng nhạy, sau đó đem nung chảy. Bạc clorua khi gặp ánh sáng bị phân giải thành bạc kim loại ở dạng rất bé, làm cho mắt kính bị sẫm màu, độ trong suốt của mắt kính thay đổi tương đối nhiều. Nhưng tại sao kính đổi màu lại trở thành bình thường? Nguyên go là khi chế tạo mắt kính người ta thêm vào một chất keo làm sáng, có tác dụng khi không có ánh sáng mặt trời chiếu vào loại keo này làm cho bạc và clo tác dụng trở lịa thành bạc clorua làm cho màu ở mắt kính bị mất và kính trở lại bình thường.

Loại kính biến màu này có thể làm kính bảo vệ cho công nhân hàn điện. Khi công nhân đeo loại kính bảo vệ này, trước khi có lửa hàn, người công nhân có thể nhìn rõ vật liệu hàn và chỗ cần hàn. Khi tia lửa hàn bật cháy do ánh sáng của tia lửa hàn, kính bảo vệ đổi màu tránh cho ánh mắt bị tia lửa hàn kích thích.

Nếu kính chắn gió của các xe ô tô là loại kính đổi màu tác dụng an toàn cũng như che ánh sáng mặt trời đều tốt. Khi ô tô đi ngược chiều với ánh sáng mặt trời, do tác dụng gây chói của ánh sáng mặt trời làm mỏi mắt. Nếu có kính biến màu sẽ tránh cho mắt khỏi bị kích thích, đặc biệt ô tô từ nơi sáng vào nơi tối, vẫn giữ tầm nhìn được rõ và đảm bảo không gây tai nạn. Nếu trên đỉnh các xe con lắp kính đổi màu thì ánh sáng chiếu sẽ sẫm màu còn khi tối trời lại sáng ra đảm bảo xe luôn được sáng sủa.

Nếu trong các công trình kiến trúc lớn có lắp cửa số bằng kính đổi màu thì khi mùa hạ, thời tiết nóng nực, khi ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp, kính có thể làm hạ bớt nhiệt độ trong nhà, có tác dụng hỗ trợ cho thiết bị điều hoà không khí.

“Hoa” dự đoán thời tiết

Tẩm dung dịch coban clorua vào 1 tờ giấy trắng đem sấy khô. Coban clorua không có nước kết tinh sẽ biến thành màu lam nhạt, thế nhưng khi có 1 phân tử nước kết tinh sẽ biến thành màu tím, nếu 2 phân tử nước kết tinh sẽ biến thành màu đỏ, khi có 6 phân tử nước kết tinh sẽ biến thành màu phấn hồng. Ở nhiệt độ bình thường, khi trong không khí có nhiều hơi nước thì lượng nước kết tinh trong coban clorua cũng nhiều. Khi hàm lượng hơi nước trong không khí ít thì coban clorua sẽ thải bớt nước kết tinh ra. Như vậy nhờ quan sát màu của hoa hồng làm bằng giấy tẩm coban clorua ra có thể biết độ ẩm trong không khí nhiều hay ít, nhờ đó mà ta có thể dự đoán trời sắp mưa hay không. Lưu ý là muối coban rất độc nên cẩn thận khi dùng.