Nước - hợp chất bình thường nhưng có tính chất khác thường

Công thức hóa học H ₂O của nước là do 2 nhà bác học là A.Humboldt (người Đức) và Gay Lussac (người Pháp) đưa ra năm 1805. Trong tự nhiên, hyđro và oxy đều có 3 đồng vị bền. Đó là: ₁¹H (proti); ₁²H hay D (Doteri); ₁³H hay T (Triti); ₁¹⁶O, ₁¹⁷O, ₁¹⁸O.

Nếu thành lập công thức phân tử H ₂O bằng cách phối hợp một trong ba đồng vị của hyđro với một trong ba đồng vị của oxi ta được 9 dạng phân tử nước. Đó là ¹H ₂O ¹⁶;   ¹H ₂O ¹⁷; ¹H ₂O ¹⁸;   ²H ₂O ¹⁶; ²H ₂O ¹⁷;   ²H ₂O ¹⁸; ³H ₂O ¹⁶; ³H ₂O ¹⁷; ³H ₂O ¹⁸. Còn nếu xếp trong phân tử nước, hai nguyên tử hyđro thuộc hai đồng vị khác nhau thì sẽ được thêm 9 dạng phân tử nước nữa.

Nước là hợp chất có tính chất khác thường. Oxi là nguyên tố thuộc nhóm VI A của bảng tuần hoàn. Trong nhóm này, cùng với oxi còn có các nguyên tố lưu huỳnh (S), selen (Se) và telu (Te). Theo quy luật biến thiên nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ sôi của hợp chất với hyđro của các nguyên tố nhóm VI A thì nước phải đông đặc ở (-90 ⁰C) và sôi ở (-70 ⁰C). Nhưng thực tế thì nước lại đông đặc ở O ⁰C và sôi ở 100 ⁰C. Để thấy rõ hơn tính chất khác thường của nước ta tham khảo số liệu ở bảng sau đây:

Nước có nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ sôi khác thường là do có liên kết hydro giữa các phân tử.

Một tính chất khác thường nữa là nhiệt dung của nước vượt xa nhiệt dung của tuyệt đại đa số các chất khác. Muốn nâng nhiệt độ 1g nước lên 1 ^ocần tới 4,2j; trong khi đó đối với thủy ngân chỉ cần 0,1j; với axit sunfuric cần khoảng 1j. Điều này giải thích vì sao ở những vùng dồi dào nước, ngay cả khi trời nắng chang chang, nhiệt độ cũng tăng chậm vì phần lớn nhiệt lượng chiếu tới đã bị nước hấp thụ. Khi mặt trời lặn, nhiệt độ cũng giảm từ từ do nước lại nhường dần dần cho không khí nhiệt lượng to lớn thu được ban ngày.

Chính vì vậy, nước có tác dụng như một máy điều hòa nhiệt độ. Ở các sa mạc, do không có nước, toàn là cát, nhiệt dung của cát nhỏ hơn của nước 5 lần, vì vậy ban ngày rất nóng còn ban đêm thì lại rất lạnh.

Khối lượng riêng của nước giảm khi hạ nhiệt độ xuống dưới 4 ^oC, vì vậy băng nhẹ hơn nước lỏng và nổi trên mặt nước lỏng.

Sức căng bề mặt của nước cũng lớn. Bề mặt của nước như tạo thành một màng đàn hồi. Vì vậy mà côn trùng họ thủy mẫn có thể đi lại dễ dàng trên mặt nước.

Nước là hợp chất bền vững, ở 1000 ^oC mới phân hủy rất ít. Ở 2000 ^oC cũng chỉ phân hủy khoảng 1,8%, mãi tới 5000 ^oC mới phân hủy gần như hoàn toàn.

Nước là dung môi phổ biến, nó hòa tan nhiều chất rắn, lỏng và khí. Nước là chất phản ứng kỳ diệu. Nó phản ứng với nhiều đơn chất và hợp chất, tham gia nhiều phản ứng hóa học với những vai trò khác nhau (chất oxi hóa, chất khử, axit, bazơ...)Nước là một trong những chất xúc tác phổ biến.

Không có nước thì không có sự sống trên Trái đất. Tất cả mọi sinh vật đều cần nước. Nước đồng thời là thành phần quan trọng nhất của thực vật và động vật. Cơ thể người có tới 70% là nước. Ở một số loài sứa, hàm lượng nước lên tới 99%.

Nước có vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống và trong kỹ thuật. Nước ở các mạch nước ngầm và nhất là ở đại dương có chứa nhiều hợp chất của nhiều nguyên tố hóa học. Nước là nguồn năng lượng vô tận và được mệnh danh là than trắng.

Ngoài nước thường ( ¹H ₂¹⁶O), người ta còn biết những hợp chất khác cùng tạo bởi hydro và oxi như H ₂O ₂, H ₂O ₃, H ₂O ₄trong đó hợp chất quan trọng nhất là H ₂O. Bên cạnh đó còn có các đồng vị nặng của hydro tạo ra như D ₂O và T ₂O.

Nước nặng là nguồn nguyên liệu để tạo ra năng lượng nhiệt hạch trong tương lai.

Ngoài nước thường, còn có các loại nước sau đây:

-Nước nặng, công thức là D ₂O.

-Nước nửa nặng, công thức là HDO.

-Nước siêu nặng, công thức là T ₂O.

-Nước hydro nặng, chứa các đồng vị nặng của hydro.

-Nước oxi nặng, chứa các đồng vị nặng của oxi.

Nguồn: Tạp chí hóa học và ứng dụng, số 8/2006, trang 9