Nước bao phủ bề mặt đất dưới dạng các đại dương. 1/4 mặt đất còn lại có nhiều nước dưới dạng sông, suối, đầm, hồ, túi nước ngầm,…thường là nguồn nước ngọt. Phân tử nước là phân tử góc Với góc HOH bằng 105o và độ dài liên kết O-H bằng 0.99 Cấu hình electron của phân tử H2O là : (ss)2(sz)2(sx)2(py)2 H2O là phân tử có cực, độ dài lưỡng cực là 0.39 và cực tính lớn (m = 1.84D). 2. Tính chất lý học Nước là một chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi, không vị. Lớp nước dày có màu xanh lam nhạt. Khối lượng của 1 ml nước ở 4oC được lấy làm đơn vị của khối lượng gọi là gam. Khối lượng riêng của nước ở 277.15K là 1g/cm3, cũng là khối lượng riêng lớn nhất; dưới và trên nhiệt độ này khối lượng riêng của nước nhỏ hơn. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là các phân tử nước có khuynh hướng kết hợp lại với nhau thành các tập hợp phân tử lớn, có công thức chung (H2O)x. Tập hợp phân tử này giống như nước đá có khối lượng riêng bé hơn nước. Nhiệt độ (0C) 0 4 10 15 20 Khối lượng riêng, g/cm3 0.999866 1000000 0.999727 0.999127 0.998230 Nhiệt độ nóng chảy của nước quy định bằng 0oC và nhiệt độ sôi của nước quy định bằng 100oC ở áp suất thường. Nước nguyên chất có thể làm lạnh xuống dưới 273.15K mà vẫn không hoá rắn; khi đun nước nguyên chất thận trọng và trong các dụng cụ thật sạch, người ta cũng có thể đưa lên quá nhiệt độ sôi, vượt quá 373.15K mà vẫn không sôi. Hiện tượng đun quá điểm sôi này rất nguy hiểm, vì ở nhiệt độ này khi bắt đầu sôi có sự giải phóng đột ngột một lượng hơi rất lớn làm tung toé chất lỏng nóng ra ngoài, đôi khi phá vỡ các dụng cụ đun. Thực tế trong phòng thí nghiệm khi đun nước hoặc chất lỏng người ta bỏ vào cốc đun vài viên thuỷ tinh hay miếng sứ nhỏ để tránh quá trình sôi đột ngột trên. 3. Tính chất hoá học của nước Nước là hợp chất rất có khả năng phản ứng. Nó kết hợp với nhiều oxit của các nguyên tố và với các muối, tương tác được với nhiều nguyên tố. Chính quá trình nước hoà tan các chất, như đã biết quá trình hiđrát hoá các chất đó. Hiđrat hoá là một phản ứng quan trọng đặc biệt trong các loại phản ứng hoá học. Đối với những hợp chất điện li, quá trình hiđrat hoá xảy ra là nhờ tương tác tĩnh điện giữa ion với phân tử H2O có cặp electron tự do ở nguyên tử oxi. Đối với những hợp chất không điện li và kém điện li mà trong phân tử có nhóm OH như các axit yếu, các hợp chất hữu cơ như rượu, đường, quá trình hiđrat hoá xảy ra được là nhờ liên kết hiđro giữa nhóm OH với phân tử H2O. Ở trong nước, oxi có số oxi hoá -2 có khả năng nhường electron để chuyển lên các số oxi hoá cao hơn và hiđro có số oxi hoá +1 có khả năng nhận thêm electron cho nên nước vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử. Những chất oxi hoá mạnh và những chất khử mạnh không tồn tại trong nước mà tác dụng với nước giải phóng oxi hoặc hiđro. Những chất oxi hoá trung bình và chất khử trung bình phản ứng với nước ở nhiệt độ cao trong một cân bằng thuận nghịch phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong các chất oxi hoá dạng đơn giản chỉ có flo phản ứng với nước hoàn toàn ở nhiệt độ thường. F2 + H2O 2HF + 1/2O2↑ Các halogen khác cho phản ứng thuận nghịch Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO Tuy nhiên clo cũng có thể phản ứng với nước giải phóng oxi Cl2 + H2O → 2HCl + O Trong các chất khử P, C, Si và Bo cho phản ứng không hoàn toàn khi đun nóng. Những kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng mạnh với nước ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ thấp. Bột magiê và bột nhôm đang cháy sẽ tiếp tục cháy trong hơi nước ở 100oC. Những kim loại Fe, Zn, Co, Mn, Cr cho phản ứng thuận nghịch ở nhiệt độ vào khoảng 500oC. Thiếc và chì thực tế không phản ứng, thuỷ ngân và các kim loại quý không tác dụng với nước ở bất kỳ nhiệt độ nào. Ngoài ra nước còn là chất xúc tác cho một số khá lớn phản ứng. Nước có khả năng phân huỷ nhiều muối, phản ứng phân huỷ đó gọi là phản ứng thuỷ phân. Thực chất của phản ứng thuỷ phân là tương tác giữa các ion của muối với ion H+ và OH– là chuyển dịch cân bằng phân li của nước. 2H2O ⇌ H3O+ + OH– Liên kết giữa hiđro của nước và oxi của nước rất bền, muốn phá vỡ liên kết này người ta phải dùng một năng lượng khá lớn. Năng lượng có thể là nhiệt năng, điện năng hoặc hoá năng. 4. Trạng thái tự nhiên và vai trò của nước Nước có thể điều chế hoàn toàn tinh khiết bằng phản ứng hoá học : 2H2 + O2 → 2H2O Nước có entanpi hình thành chuẩn ∆Ho(h) = – 242.8 kJ/mol hay ∆H(l) = – 287.2 kJ/mol Hỗn hợp hiđro và oxi theo tỉ lệ 2:1 là hỗn hợp nổ mạnh, tuy nhiên có phương pháp có thể đốt cháy êm như ở quá trình hàn hơi. Vì nước có quá nhiều trong thiên nhiên nên người ta không phải điều chế bằng phương pháp hoá học mà chỉ tinh chế nước tự nhiên để dùng. Tuỳ theo mục đích sử dụng xuất hiện các phương pháp tinh chế nước khác nhau. Nước dùng trong sinh hoạt và trong công nghiệp thực phẩm cần phải trong suốt, không màu, không mùi, có vị dễ chịu, không chứa các tạp chất hữu cơ, nhất là các vi khuẩn và lượng các muối vô cơ, thường có ở trong nước không vượt quá 0.5g trên 1 lít. Để làm nước sinh hoạt, người ta loại các tạp chất không tan lơ lửng trong nước sông bằng cách dùng Al2(SO4)3.24H2O đánh trong nước rồi lọc nước qua lớp cát dầy. Sau đó lọc nước được khử trùng bằng O3, Cl2 hoặc tia tử ngoại. Nước dùng trong công nghiệp với mục đích rửa sạch hay làm sạch có thể lấy trực tiếp từ sông mà không cần xử lý. Nhưng nước dùng cho các nồi hơi hoặc các kĩ thuật phải là nước mềm. Nước dùng cho mục đích hoá học, phải tinh khiết hoàn toàn, trong nước không còn các tiểu phân huyền phù và các chất tan. Muốn đạt được mục đích này cần phải tiến hành cất nước. Thông thường nước được cất trong các bộ cất bằng thạch anh. Để đảm bảo chất lượng tốt hơn nước được cất trong các dụng cụ bằng bạc hay bằng platin. Trong hoá học phân tích nước được cất hai lần gọi là nước cất hai lần. Đối với những nghiên cứu quan trọng nước còn được tinh chế để loại trừ các khí tan như khí CO2. |
