Nếu mở hộp hút ẩm vào mùa mưa, bạn sẽ thấy dưới đáy hộp, nơi lúc đầu chỉ toàn những hạt trắng, từ lúc nào đã đọng nước. Không ai đổ nước vào, vậy mà các hạt cứ nhỏ dần và chất lỏng trong suốt lấp đầy chỗ của chúng. Đó là vì chất rắn đã tự hút hơi nước lơ lửng trong không khí rồi hòa tan chính mình vào lượng nước đó. Hiện tượng này được gọi là “chảy rữa (Deliquescence)”.
Nói một cách đơn giản, chảy rữa là “hiện tượng chất rắn hút hơi ẩm trong không khí rồi tự tan vào lượng nước đã hút được để trở thành dung dịch”. Nhiều chất có khả năng giữ hơi ẩm, nhưng những chất hút nước mạnh đến mức tan hẳn thành chất lỏng thì được gọi bằng một tên riêng.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu chảy rữa là gì và khác tính hút ẩm ra sao, nguyên lý khiến chất rắn bắt đầu tan và độ ẩm làm ngưỡng, các chất chảy rữa gặp trong đời sống, cũng như cách tận dụng và những điều cần lưu ý khi xử lý chúng.
Chất rắn tự tan trong hơi nước của không khí: Nguyên lý và ứng dụng của hiện tượng chảy rữa
Chảy rữa là gì?
Để hiểu về chảy rữa, nên tách bạch hai tính chất trông có vẻ giống nhau.
(1) Tính hút ẩm là tính chất giữ hơi ẩm
Tính hút ẩm (Hygroscopy) là tính chất của một chất kéo các phân tử nước từ không khí xung quanh và giữ chúng lại. Đường, mật ong, giấy, gỗ, nylon là những ví dụ. Muối trong lọ bị ẩm và vón cục vào ngày ẩm ướt cũng là do tính hút ẩm.
(2) Chảy rữa là mức cực đoan của tính hút ẩm
Những chất có tính hút ẩm rất mạnh không dừng lại ở việc giữ nước mà còn tự tan vào lượng nước đã gom được, trở thành dung dịch nước. Đó chính là chảy rữa, và khác biệt lớn nhất là hình dạng bên ngoài chuyển từ rắn sang lỏng.
(3) Cũng có hiện tượng theo chiều ngược lại
Một số chất chứa phân tử nước trong tinh thể sẽ nhả lượng nước đó ra trong không khí khô và vỡ vụn như bột trắng. Hiện tượng này được gọi là lên hoa hay phong hóa (Efflorescence), và nước di chuyển theo chiều ngược với chảy rữa.
Khi nào chất rắn bắt đầu tan?
Việc chảy rữa có xảy ra hay không phụ thuộc vào chiều di chuyển của hơi nước giữa chất đó và không khí.
(1) Chênh lệch áp suất hơi làm nước di chuyển
Khi một lớp màng nước rất mỏng hình thành trên bề mặt chất chảy rữa, chất đó tan vào trong và tạo thành dung dịch đậm đặc. Nếu áp suất hơi nước của dung dịch này thấp hơn áp suất hơi nước trong không khí, hơi nước từ không khí sẽ liên tục đi vào dung dịch. Nước đi vào lại hòa tan chất rắn, và khi quá trình này tiếp diễn, toàn bộ chất rắn biến thành chất lỏng.
(2) Mỗi chất có một độ ẩm ngưỡng riêng
Độ ẩm tương đối mà tại đó chất rắn bắt đầu tan được gọi là độ ẩm tương đối chảy rữa (Deliquescence Relative Humidity, DRH). Khi độ ẩm không khí cao hơn giá trị này, chất rắn sẽ tan; khi thấp hơn, nó vẫn giữ ở trạng thái rắn.
(3) Độ ẩm ngưỡng không phải là giá trị cố định
Độ ẩm tương đối chảy rữa thay đổi theo nhiệt độ, và ngay cả cùng một chất cũng khác nhau tùy theo dạng tinh thể chứa bao nhiêu nước.
Nhìn vào các giá trị đo ở 25°C, sự khác biệt rất rõ ràng: magie clorua khoảng 33 phần trăm, kali cacbonat khoảng 43 phần trăm, natri clorua khoảng 75 phần trăm, kali clorua khoảng 84 phần trăm và kali sunfat khoảng 97 phần trăm. Con số càng thấp thì chất đó càng dễ tan chảy ngay cả trong không khí khá khô.
Các chất chảy rữa trong đời sống
Hiện tượng chảy rữa xuất hiện quanh ta trong đời sống còn thường xuyên hơn cả trong phòng thí nghiệm.
- Canxi clorua (Calcium Chloride): Được dùng làm chất hút ẩm và chất làm tan băng tuyết vào mùa đông. Chất lỏng đọng dưới đáy hộp hút ẩm là dung dịch canxi clorua, hình thành khi canxi clorua tan vào lượng nước nó đã hút.
- Magie clorua (Magnesium Chloride): Thành phần chính của nước ót chảy ra từ muối biển phơi nắng. Do độ ẩm tương đối chảy rữa thấp, muối chất đống sẽ hút hơi ẩm trong không khí rồi tan chảy xuống.
- Natri hydroxit (Sodium Hydroxide): Một bazơ mạnh được biết đến là nguyên liệu làm xà phòng. Khi để chất rắn ngoài không khí, bề mặt nhanh chóng ướt và dính, thậm chí nó còn hấp thụ cả khí cacbon đioxit trong không khí và bị biến đổi tính chất.
- Amoni nitrat (Ammonium Nitrate): Chất được dùng làm phân bón; trong kho ẩm ướt, nó dễ đóng cục hoặc tan chảy khiến chất lượng giảm sút.
Muối tinh khiết hầu như không tan nếu độ ẩm không vượt quá khoảng 75 phần trăm, nhưng muối chưa được ráo hết nước ót thì bị ẩm ngay cả ở độ ẩm thấp hơn nhiều. Đó là lý do cùng là muối nhưng cách bảo quản lại khác nhau tùy theo thành phần lẫn trong đó.
Cách tận dụng hiện tượng chảy rữa và những điều cần lưu ý
Tính chất hút nước mạnh nếu dùng đúng sẽ thành công cụ, còn nếu xử lý sai sẽ thành rắc rối.
(1) Chất làm khô loại bỏ hơi ẩm
Vì các chất chảy rữa chủ động gom hơi ẩm trong không khí nên chúng được dùng làm chất hút ẩm cho tủ quần áo và tủ giày. Trong phòng thí nghiệm, chúng cũng được dùng làm chất làm khô để loại bỏ nước sinh ra trong phản ứng hoặc hơi ẩm trong khí.
(2) Hạt giống tạo nên mây
Những hạt dễ hút nước, như các hạt muối cực nhỏ bay lên từ biển, đóng vai trò làm tâm để hơi nước trong khí quyển tụ lại thành giọt nước. Như vậy, chảy rữa và tính hút ẩm cũng góp phần vào thời tiết.
(3) Bảo quản kín là nguyên tắc cơ bản
Hóa chất hay phân bón có tính chảy rữa sẽ thay đổi khối lượng và nồng độ khi tiếp xúc với không khí, vì vậy cần đậy nắp thật kín và cất ở nơi ít ẩm. Trong các thí nghiệm cần cân đong chính xác, thao tác nhanh là điều quan trọng.
(4) Cẩn thận với chất lỏng đọng lại
Chất lỏng đọng trong hộp hút ẩm là dung dịch muối đậm đặc nên có thể gây kích ứng khi dính vào da, và nếu làm đổ có thể ăn mòn kim loại hoặc để lại vết ố trên sàn. Hộp hút ẩm đã dùng xong nên được xử lý cẩn thận để không làm đổ.
Chảy rữa là hiện tượng sinh ra từ một nguyên lý đơn giản: nước chảy theo chiều nào giữa chất rắn và không khí. Nhờ tính chất bắt giữ hơi nước vô hình và biến nó thành chất lỏng này, chúng ta có thể giảm bớt hơi ẩm mùa mưa và cũng hiểu được vì sao muối bị ẩm.
Biết rằng mỗi chất bắt đầu tan ở một độ ẩm khác nhau để lựa chọn cách bảo quản và sử dụng phù hợp, đó chính là bước đầu tiên của sự khôn ngoan khi xử lý các chất chảy rữa.
