Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường: Môi trường nước (Phần 3)

Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Nội dung: 1. Cấu tạo của phân tử nước 2. Cấu trúc của nước 3. Ba trạng thái của nước Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Cấu tạo của phân tử nước • Nước chứa 11,19% hydro và 88,81% oxy theo khối lượng. • Khối lượng phân tử nước là 18,0153. • Trong thực tế, cả các nguyên tử hydro (H) và oxy (O) đều có nhiều đồng vị. Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O. Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Cấu tạo của phân tử nước Cấu trúc electron của nguyên tử O và H như sau: H: 1s1 O: 1s22s22p4 H2O có tất cả 10 electron, trong đó 8 electron là nguyên tử oxy và 2 electron là của 2 nguyên tử Hydro tạo thành 5 cặp electron Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Cấu tạo Trong nguyên tử oxy, hạt nhân của nó thường có điện tích rất mạnh. Chính vì thế nó có xu hướng kéo điện tử bật khỏi nguyên tử hyđro nhỏ hơn. Kết quả là chúng có ưu thế trong mối liên kết cộng hóa trị. Do đó, trong phân tử nước có điện tích dương gần với nguyên tử hyđro và có điện tích âm gần với nguyên tử oxy. Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Cấu tạo 2 mối liên kết H – O tạo với nhau một góc 104o27’. Vì vậy phân tử nước phân cực mạnh Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Cấu tạo – liên kết hydro - được hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa Hydro (đã liên kết trong 1 phân tử) với 1 nguyên tử có độ âm điện mạnh ở 1 phân tử khác hoặc trong cùng 1 phân tử. - Được biểu diễn bằng ba chấm (...). - Có thể hình thành giữa các phân tử hoặc trong cùng nội bộ 1 phân tử. giữa phân tử rượu etylic và nước Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Cấu trúc của nước Liên kết hydro của các phân tử nước với nhau tao ra cấu trúc 4 đỉnh tứ diện đều • Do chuyển động nhiệt, các liên kế hydro liên tục bị phá vở và tự hình thành lại. • Các phân tử nước chuyển từ cấu trúc tứ diện này sang cấu trúc tứ diện khác. • Nên các phân tử nước liên tục chuyển động tinh tiến, do đó nước có khả năng tự khuếch tán. Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Ba trang thái của nước Trạng thái hơi: Các phân tử nước không liên kết với nhau, và đứng độc lập nhau Phân tử nước được tạo thành từ 1 nguyên tử oxy và hai nguyên tử hydro, bằng liên kết cộng hóa trị Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Ba trang thái của nước Trạng thái lỏng: • Một số phân tử nước bị kết lại với nhau nhờ liên kết đặc biệt đó là liên kết hydro. • Thông qua cầu nối hydro của phân tử nước này với nguyên tử Oxy của phân tử nước bên cạnh tạo nên cấu trúc tứ diện trong không gian. Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Ba trang thái của nước Trạng thái rắn: • Một nguyên tử O phối trí với 4 nguyên tử H bằng 4 mối liên kết, trong đó có 2 liên kết công hóa trị và 2 liên kết hydro (hình 7.5). • vì mối liên kết hydro (O...H) có độ dài lớn hơn nên cấu trúc này tương đối xốp dẫn đến tỷ trọng nhỏ hơn Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Ba trang thái của nước Trạng thái rắn: • Khi ở trạng thái rắn, các phân tử nước kết tinh thanh các khối lập phương  có nhiều khỏang trống  tỷ trọng giảm Cơ sở khoa học môi trường – Môi trường nước Ba trang thái của nước Phụ thuộc vào nhiệt độ: • Từ 4oC đến 0oC: Các phân tử nước tăng cường kết tinh thành các lưới tinh thể (bắt đầu đóng thành đá) các phân tử nước sắp xếp càng xa nhau  khối lượng riêng của nước giảm. • Từ 4oC đến 100oc (trạng thái lỏng): Nhiệt độ tăng các phẩn tử nước càng xa nhau hơn  khối lượng riêng của nước giảm. • Trên 100oC: các phân tử nước mất hết liên kết hydro và do giản nở nhiệt = các phân tử nước tồn tại độc lập  trạng thái hơi