PH N II: C S MÔI TR NG N CẦ Ơ Ở ƯỜ ƯỚ 4
CH NG VI. I C NG V N C T NHIÊNƯƠ ĐẠ ƯƠ Ề ƯỚ Ự 4
6.1. S hình th nh n c, vai trò v s phân b c a n c trong t nhiên.ự à ướ à ự ố ủ ướ ự 4
6.1.1. S hình th nh n c trên trái t [1, 2, 3, 4]ự à ướ đấ 4
6.1.2. Tác ng v vai trò c a n c i v i môi tr ng [5, 6, 7, 8, 9] độ à ủ ướ đố ớ ườ 4
6.1.3. L ng n c, s phân b v tiêu th n c trên trái t [5, 6]ượ ướ ự ố à ụ ướ đấ 7
6.2. S tu n ho n c a n cự ầ à ủ ướ 233
6.2.1. Chu trình c a n củ ướ 233
6.2.2. Th i gian l u c a n cờ ư ủ ướ 234
6.3. Phân lo i n c t nhiên.ạ ướ ự 235
6.3.1.Phân lo i theo s phân b : ạ ự ố 235
6.3.2. Phân lo i theo nhi t (ch y u áp d ng i v i n c khoáng):ạ ệ độ ủ ế ụ đố ớ ướ 235
6.3.3. Phân lo i theo pH: ạ 235
6.3.4. Phân lo i theo c ng ( H-me/l):ạ độ ứ 236
6.3.5. Phân lo i theo khoáng hoá: ạ độ 236
6.3.6. Phân lo i theo th nh ph n hoá h c ạ à ầ ọ 236
CH NG VII. C TR NG C A N CƯƠ ĐẶ Ư Ủ ƯỚ 238
7.1. C u t o c a phân t n c v liên k t hydro [2, 3, 4, 16, 18]ấ ạ ủ ử ướ à ế 238
7.I.1. C u t o c a phân t n cấ ạ ủ ử ướ 238
7.I.2. Liên k t hydroế 239
7.2. C u trúc c a n c [2, 3, 16, 17] ấ ủ ướ 241
7.2.1. Quan ni m v c u t o c a phân t n cệ ề ấ ạ ủ ử ướ 241
Hình 7.1. Một mảnh nhỏ cấu trúc của nước 241
7.2.2. Ba tr ng thái c a n cạ ủ ướ 241
TT 244
7.3. Tính ch t v t lý c a n c [1, 2, 3, 5, 16, 19]ấ ậ ủ ướ 245
7.3.1. T tr ng v th tích c a n cỷ ọ à ể ủ ướ 245
7.3.2. Các tính ch t nhi t ấ ệ 247
7.3.3. nh tĐộ ớ 248
7.3.4. S c c ng b m tứ ă ề ặ 250
7.3.5. áp su t th m th uấ ẩ ấ 251

8.5.1. Nhi t n cệ độ ướ 301
8.5.2. Ion hydro 301
8.5.3. Các h p ch t tan trong n c ợ ấ ướ 301
8.5.4. Các khí 302
8.5.5. Các ch t l l ng ấ ơ ử 303
8.5.6. Qu n xã sinh v tầ ậ 303
8.5.7. Tr ng thái v t lý c a n c t nhiên ạ ậ ủ ướ ự 304
8.5.8. S t o ph c trong n c t nhiên v n c th i [7, 8, 10]ự ạ ứ ướ ự à ướ ả 304
CH NG IX - Ô NHI M, QUÁ TRÌNH T LÀM S CH VÀ ƯƠ Ễ Ự Ạ 306
X LÝ N C T NHIÊNỬ ƯỚ Ự 306
9.1. M t s v n chung v ô nhi m n cộ ố ấ đề ề ễ ướ 306
9.1.1 Khái ni m ô nhi m môi tr ng n c−ệ ễ ờ ướ 306
9.1.2. Các lo i n c b ô nhi m ạ ướ ị ễ 307
Các thông số hoá học là các giá trị pH, DO, BOD, COD, các muối dinh dưỡng, các
kim loại nặng, các khí hoà tan v v 307
- Lưu huỳnh (S) dưới dạng SO42- có thể đáp ứng nhu cầu cuả thực vật. SH2 là chất
độc đối với cá và một số thủy sinh động vật. 308
- Ô nhiễm hoá học do chất vô cơ 308
- Ô nhiễm do các chất hữu cơ tổng hợp 308
c) Ô nhiễm sinh học của nước 309
9.1.3. Các thông s môi tr ng chính xác nh n c b ô nhi m ố ườ đị ướ ị ễ 310
9.2. Quá trình t l m s ch ngu n n cự à ạ ồ ướ 315
9.2.1 M t s v n chung v quá trình t l m s ch ộ ố ấ đề ề ự à ạ 315
9.2.2. Quá trình t l m s ch ngu n n c m tự à ạ ồ ướ ặ 316
(9.1) 61
9.2.3. Quá trình t l m s ch n c ng mự à ạ ướ ầ 70
9.3. M t s ph ng pháp x lý n c t nhiênộ ố ươ ử ướ ự 71
9.3.1. Ph ng pháp l m m m n cươ à ề ướ 71
2
9.3.2. Ph ng pháp x lý s tươ ử ắ 72

CHƯƠNG VI. ĐẠI CƯƠNG VỀ NƯỚC TỰ NHIÊN
6.1. Sự hình thành nước, vai trò và sự phân bố của nước trong tự nhiên.
6.1.1. Sự hình thành nước trên trái đất [1, 2, 3, 4]
Học thuyết khoa học về quá trình xuất hiện của nước và hình thành sự sống trên
hành tinh trái đất nhiều nhà khoa học công nhận nhất là thuyết về sự sống được bắt
đầu từ những dạng vật thể vô cùng cô đọng, có tỷ trọng cực lớn tồn tại trong khoảng
thời gian cách xa đây vô tận. Học thuyết ấy cho rằng khoảng mười lăm đến hai mươi
tỷ năm trước đây đã xảy ra 1 vụ nổ lớn (Big Bang). Vụ nổ làm vật thể này tung thành
những đám mây khí có nhiệt độ cao vô cùng, hơi nóng và hạt nguyên tử lan truyền
khắp nơi. Cùng với thời gian, đám mây khí nguội dần rồi cô đọng thành các thiên thể.
Hơn 10 tỷ năm sau vụ Big Bang, tinh vân Ngân Hà được hình thành trong đó có Mặt
trời và Trái đất của chúng ta. Khoảng 4,4-4,5 tỷ năm trước đây đã có quả đất với lớp
vỏ cứng nằm cách xa mặt trời khoảng 150.000.000 km. Từ thời gian đó, những thay
đổi chính đã xuất hiện theo một tỷ lệ tăng dần với thời gian. Khí quyển qủa đất dần
hình thành
1
(trong phần I) và rồi nước xuất hiện khi băng giá tan chảy trên mặt đất
2
.
Như vậy, cùng với quá trình hình thành trái đất, khí quyển, thì nước và sự sống
cũng hình thành và dần dần xuất hiện trên các yếu tố cấu thành nên môi trường sống
của chúng ta.
6.1.2. Tác động và vai trò của nước đối với môi trường [5, 6, 7, 8, 9]
Trong khi hyrdo chỉ là một cấu phần rất nhỏ của toàn bộ quả đất thì nước là một
thành phần chính, quan trọng đối với việc tồn tại và phát triển sự sống trên hành tinh.
Nước bao phủ 70% bề mặt trái đất (với độ sâu chứa nước từ 0-11 km (độ sâu chứa
nước
1
: Khi nghiên cứu các lớp ngoài của mặt trời, các hành tinh và các ngôi sao, môi
trường giữa các vì sao, tinh vân, sao chổi và các đối tượng khác trong vũ trũ, người ta đã

phố và nền văn minh bị biến mất do cạn kiệt nguồn nước dẫn đến sự biến đổi khí hậu,
bởi:
- Sự phát triển giao thông và đô thị đã làm tăng các cơn lũ lụt là bởi các cây
xanh và đất bị thay thế bằng các công trình xây dựng, các đường cao tốc Điều đó dẫn
đến tăng tốc độ dòng chảy của các dòng nước mưa. Nếu mực nước biển tăng trong các
thế kỷ tới như dự báo thì một số vùng thấp ven biển, các vùng đất ngập nước và một số
vùng đất trồng sẽ bị nhấn chìm xuống dưới mực nước biển.
- Hàng triệu người trên thế giới, đặc biệt trong các nước đang phát triển bị thiệt
mạng do các bệnh từ nước bẩn gây ra. Các bệnh tật được sinh ra theo con đường nước
có thể gây chết đến 10% dân số của một thành phố. Chất lượng nước kém do sự ô
nhiễm nước ngày càng gia tăng đang đặt ra cho loài người những thử thách nặng nề.
Nhiều bệnh dịch do vi khuẩn và vi rút lây nhiễm theo con đường nước đã gây ra những
thảm hoạ cho con người như bệnh dịch tả năm 1991-1992 ở Nam Mỹ. Năm 2002, trận
lũ trên sông Ngàn Phố (một nhánh nhỏ của sôgn Cả) gây dịch tả, đặc biệt trâu bò
5
chết Hoặc như, theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới, thì trong vòng 24 giờ đồng
hồ có đến 13.000 trẻ em dưới 1 tuổi bị chết do nước bẩn, trên 1,5 tỷ người không có
nước sạch để uống (số liệu trước năm 1996).
3
: Hiện nay chúng ta chỉ mới biết riêng hành tinh của chúng ta là có nước.
- Sự có mặt của các hoá chất độc hại ở các quốc gia phát triển, chất thải hữu cơ
clo hoá từ các sản phẩm hoá học công nghiệp, kim loại nặng từ các phân xưởng mạ
kim loại, thuốc trừ sâu diệt cỏ, nồng độ muối khoáng tăng ở các cánh đồng nông
nghiệp đã làm xấu đi các tính chất của các nguồn nước. Mặc dù cho đến nay con
người đã có nhiều biện pháp tích cực kiểm soát nguồn nước nhưng vẫn chưa thoát khỏi
vấn đề ô nhiễm nước.
Nước mà con người dùng được hầu hết là nước ngọt từ nguồn nước bề mặt và
nước ngầm. Nguồn nước này đang bị đe doạ nhiễm bẩn và cạn kiệt do việc xả thải và
sử dụng thiếu ý thức của con người, cộng thêm với sự gia tăng nhanh dân số thế giới
4

: Ở hầu hết các nước,việc tưới tiêu trong nông nghiệp là nguồn tiêu thụ nước chính,
chiếm khoảng 70% lượng nước rút ra trên thế giới, nhưng chỉ < 40% nước tưới tiêu được
dùng để phát triển mùa màng, phần còn lại là lãng phí.
6
: Trong cơ thể con người nước có trong sinh chất của các mô và tế bào (từ 20%
trong xương đến 85% trong tế bào não). Người có trọng lượng trung bình nước chiếm 72,5%
trọng lượng cơ thể, trong đó trong tế bào là 26,5% và ngoài tế bào là 46%.
cơ thể sinh vật, nước đóng vai trò như một dung môi để thực hiện quá trình trao đổi
chất và năng lượng. Ngoài thiên nhiên, thuỷ sinh vật sống trong nước coi nước như là
giá thể để cư trú, di chuyển và tìm kiếm thức ăn. Nước là tấm vỏ bọc bảo vệ rất an
toàn cho thuỷ sinh vật tránh các thay đổi đột ngột của thời tiết khắc nghiệt trên cạn
hoặc các tia bức xạ nguy hiểm từ vũ trụ và mặt trời.
Tóm lại, nước có mặt ở tất cả các quyển của trái đất như khí quyển, thuỷ quyển,
địa quyển, sinh quyển và nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của tự
nhiên và đời sống trên hành tinh chúng ta. Vì vậy sự hiểu biết về nước, về tính chất lý,
hoá học cũng như sự tồn tại và vận chuyển của nước trong môi trường là cơ sở để giải
quyết những tác động xấu do nước gây ra.
6.1.3. Lượng nước, sự phân bố và tiêu thụ nước trên trái đất [5, 6]
Nước là một thành phần cơ bản và quan trọng của môi trường sống mà sự có
mặt của nó làm nên một quyển trên trái đất đó là thuỷ quyển. Thuỷ quyển bao gồm
toàn bộ các dạng chứa nước trên hành tinh của chúng ta. Đó là: đại dương, biển, sông,
hồ, suối, các tảng băng và nước ngầm .v.v.
Toàn bộ lượng nước trên trái đất có khoảng 1.400 x 10
9
km
3
, trong đó khoảng
97% lượng nước toàn cầu là ở đại dương và biển. Tuy nhiên do hàm lượng muối cao
nên nước ở đây không được sử dụng cho nhu cầu của con người. Trong phần nước còn
lại thì phần lớn lại nằm đóng băng ở 2 đầu cực và các tảng băng (chiếm khoảng 2%

giới sử dụng trung bình 140 lít nước ngày. (Theo thống kê )
Về tiêu thụ và sử dụng nước ở Việt Nam: là nước đông dân, đất canh tác ít, diện
tích canh tác tương đương Trung Quốc, nhưng thua các nước trong khu vực và Thế
giới. Mức cho thủy lợi và tưới tiêu đạt 3% (thập kỷ 1970) giảm dần xuống 2% (thập kỷ
1980) và nay tăng trưởng dần lên thứ 6 Thế giới về sử dụng nước (91,4 tỷ m
3
) và sử
8
25% 96%
tầng
đất
sâu
4%
hồ
70,5%
75% ở hai
cực v các à
sông băng
14% đất ẩm
8,2% k
2
7%sông
dụng theo đầu người 1,184 m
3
/người (năm 1995). (Theo Nguyễn Tiến Đạt – Dự báo sử
dụng nước ở Việt Nam – Cương trình KC-12)
Bảng 6.2. Phân phối nước sinh hoạt
Địa phương Phân phối Lượng nước được phân phối (lít/ngđ)
Min Max. Trung bình
Thành phố Trong các gia đình

60
200
New York
Cơ quan
500
25
Bảng (6.3) trên đây trình bày những thay đổi trong nhu cầu về nước ở những lối
sống khác nhau.
Hiện nay, tại Mỹ, lượng nước sử dụng bình quân là khoảng 1,6 x10
9
m
3
/ngày;
hay nói một cách khác bằng khoảng 10% tổng lượng nước mưa rơi trên mặt đất.
Lượng nước sử dụng cho nông nghiệp và công nghiệp chiếm xấp xỉ 46% tổng lượng
nước tiêu thụ
7
. Lượng tiêu thụ cho đô thị chiếm 8% tổng lượng nước.
9
Một vấn đề chính liên quan đến sự cấp nước toàn cầu là sự phân bố không đều
của nó theo thời gian và khu vực của các vùng trái đất. Sự phân bố không đều này phụ
thuộc chủ yếu vào các yếu tố khí hậu là bức xạ và mưa. Mặc dù, lượng mưa trung bình
hàng năm trên toàn bộ lục địa là 700 mm, nhưng vẫn có những thay đổi trong một
khoảng rộng giữa các vùng khác nhau cả về tổng lượng mưa và cả về mùa mưa. Chẳng
hạn, ở vùng sa mạc Atacama-Chi lê lượng mưa là 0,0 mm/năm, trong khi đó lượng
mưa ở vùng Cherrapunji-Ấn độ lượng mưa là 26 x10
3
mm/năm. Lượng mưa bình quân
nhiều
7

ác liệt.
Minh hoạ dưới đây sẽ cho chúng ta thấy rõ sự phân bố các nguồn nước trên trái
đất theo các đại dương, biển và các châu lục địa.
10
8
:Trên mặt đất hàng năm có lượng dòng chảy là 101.000 km
3
/năm
≈
750 mm/năm,
tổng lượng bốc hơi là 74.000 km
3
/năm
≈
545 mm/năm.Trên mặt biển hàng năm có lượng bốc
hơi là 351.00010
2
km
3
/năm
≈
940 mm/năm, lượng mưa là 324 000 km
3
/năm
≈
870 mm/năm.
Bảng 6.4. Phân bố nguồn nước trên thế giới
Lục địa hoặc
các vùng
Sườn Đại Tây

km
2
Dòng
chảy
mm
Châu Âu kể cả
Ailen
1970 297 1710 109 9680 262
Châu A kể cả
Nhật,
Philippin
11970 163 16700 300 13630 17 42300 170
Châu Phi kể cả
Madagasca
13250 355 5470 218 11130 14 29850 203
Châu Uc kể cả
Tasmania và
Newzeland
4230 140 3740 6 7970 76
Nam Mỹ 15600 475 1340 444 988 66 17928 450
Bắc Mỹ 14400 274 4960 485 835 11 20195 314
Băng đảo,
Canada và các
quầnđảo ởbiển
3880 180 3880 180
11
Malayan và
các quần đảo
2620 160 2620 160
Tổng hoặc

ra sự bốc hơi nước từ các đại dương và đất liền. Một cách đơn giản là sự bay hơi nước
biển, nước bề mặt và sự hô hấp của cây cối sau đó ngưng tụ thành mây, mưa Ngoài ra,
gió, sóng và các dòng vật chất trong khí quyển cũng đóng góp vào sự lưu thông của cả
khối không khí và khối nước.
Gần khoảng 1/3 năng lượng mặt trời được bề mặt trái đất hấp thụ đã được dùng cho
việc làm bay hơi nước từ bề mặt các đại dương, ao, hồ, sông, suối và mặt đất. Lượng nước
bay hơi hàng năm trên trái đất khoảng trên 500.000 km
3
. Phần lớn lượng nước này được
bốc hơi từ mặt biển và đại dương (86% tổng lượng bốc hơi tức là khoảng > 430.000 km
3
)
sẽ trở lại đó dưới dạng mưa và tuyết (nhưng chỉ còn là 78% khoảng 390.000 km
3
) tạo nên
vòng tuần hoàn đầu tiên gọi là vòng tuần hoàn nhỏ. Phần còn lại, hơi nước theo các khối
không khí đi từ đại dương vào đất liền gặp điều kiện thuận lợi lại ngưng tụ thành mây, mưa
rơi trên đất liền (khoảng 120.000 km
3
). Lượng mưa rơi trên đất liền thực tế lớn hơn (57%)
lượng hơi nước được bốc hơi lên từ đất liền. Mưa rơi trên lục địa một phần thấm vào trong
đất, một phần chảy trên mặt đất hình thành nên các dòng sông, suối, phần còn lại lại bị bốc
Dòng chẩy
233
Bốc hơi
nước
Thoát hơi nước
Bốc hơi
Mây
Mây

và môi trường khác nhau. Chu kỳ này có thể rất dài hàng thiên niên kỷ và cũng có thể rất
ngắn. Chẳng hạn:
- Chu kỳ trung bình của hơi nước trong khí quyển là 11 ngày (12.900 km
3
).
KH QUYÍ ỂN 14
Đại dương:
1,4.10
6
380
Sông: 1,2
Sông
Băng đá: 27.10
3
Hồ ao: 280
Nước ngầm: 8.10
3
40
110
70
420
234
- Nước luân chuyển trong hệ động-thực vật là 7 ngày(700 km
3
).
- Nước sông luân chuyển khoảng 14 ngày (1.700 km
3
).
- Nước trong đất luân chuyển từ 2 tuần đến 1 năm (65.000 km
3

C
- Nhóm nước ấm 30-35
o
C
- Nhóm nước nóng 35-50
o
C
- Nhóm rất nóng 50-70
o
C
- Nhóm quá nóng 70-100
o
C
- Nhóm nhóm nước sôi >100
o
C.
6.3.3. Phân loại theo pH:
- Nước trung tính (pH 6,5-8,5)
235
- Nước có tính axit (pH <6,5), nếu nước có giá trị pH <4 là nước rất chua
- Nước có tính kiềm (pH >8,5).
6.3.4. Phân loại theo độ cứng ( H-me/l):
- Nước rất mềm H <1,5
- Nước mềm H = 1,5 – 3,0
- Nước hơi cứng H = 3,0-6,0
- Nước cứng H = 6,0-9,0
- Nước rất cứng H >9,0.
6.3.5. Phân loại theo độ khoáng hoá:
- Phân loại chung: nước nhạt là nước có hàm lượng các muối khoáng <1g/l; nước
lợ 1-25 g/l; nước mặn >25 g/l

: đặc trưng cho các loại nước có độ khoáng hoá trung gian giữa hai lớp
trên.
Mỗi lớp lại được chia thành 3 nhóm dựa theo các cation Ca
2+
, Mg
2+
và K
+
, Na
+
có
mặt trong đó. Rồi từ đó mỗi nhóm được phân thành 4 kiểu dựa vào tương quan hàm lượng
giữa tất cả các ion kể trên (tính theo mini đương lượng gam - mĐ).
+ Kiểu I có tương quan HCO
3
-
> Ca
2+
+ Mg
2+
liên quan đến quá trình phong hoá
đá Macma hoặc trao đổi Ca
2+
và Mg
2+
với Na
+
. Nước kiểu này có độ khoáng hoá nhỏ,
thường là nước các hồ lưu thông ít và có nguồn cấp nước chủ yếu là nước ngầm.
236

. Nước kiểu
này có độ khoáng hoá cao, bao gồm nước Liman, nước có độ khoáng hoá cao trong hồ và
nước ngầm.
+ Kiểu IV có đặc trưng là vắng mặt ion HCO
3
-
. Đây là kiểu nước axit, thường gặp
ở các vùng đầm lầy, hầm mỏ, núi lửa hoặc những nơi bị nhiễm bẩn mạnh.
237
CHƯƠNG VII. ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC
7.1. Cấu tạo của phân tử nước và liên kết hydro [2, 3, 4, 16, 18]
7.I.1. Cấu tạo của phân tử nước
Nước được ký hiệu một cách đơn giản nhất với công thức là H
2
O. Thành phần hoá
học của nước được nhà Hoá học Pháp nổi tiếng Lavoazie (1743-1794) xác định năm 1783.
Nước chứa 11,19 % hydro và 88,81 % oxy theo khối lượng. Khối lượng phân tử của nước
là 18,0153. Trong thực tế cả các nguyên tử hydro (H) và oxy (O) đều có nhiều đồng vị.
Tính chất vật lý của nước phụ thuộc nhiều vào thành phần đồng vị và cấu trúc của phân tử
nước. Trong tự nhiên có thể có các phân tử nước được cấu tạo từ các đồng vị bền khác
nhau như H
1
, H
2
(D), H
3
(T), O
16
, O
17

- 1cặp electron bên trong nằm gần hạt nhân của nguyên tử oxy.
- 2 cặp electron bên ngoài tạo thành 2 liên kết ( H-O) nhờ sự góp chung điện tử của
2 nguyên tử hydro với 2 điện tử trong 2 obitan 2p của oxy để tạo thành 2 liên kết cộng hoá
trị.
- 2 cặp electron bên ngoài nữa là 2 cặp electron của 2 obitan của nguyên tử O không
tham gia tạo liên kết trong phân tử nước.
Khoảng cách: H-O = 0,0958 nm
H-H = 0,1515 nm
10
: Tỷ số nồng độ tự nhiên của T: H
1
trong khí quyển = 1:10
14
. Lượng Dơteri trong hỗn
hợp các đồng vị thiên nhiên của Hydro là 0,014-0,015%.
238
Do O có độ âm điện lớn hơn H (3,5 &2,1 theo thang Paolinh), nên các mây điện tử
bị hút lệch về phía nguyên tử O làm cho liên kết cộng hoá trị H - O trở nên có cực (µ
OH
=
1,54 D) và 2 mối liên kết H – O tạo với nhau một góc 104
o
27’. Vì vậy phân tử nước phân
cực mạnh với mô men lưỡng cực phân tử µ
H2O
= 1,84 D.
7.I.2. Liên kết hydro
a) Ion hydro khi tham gia liên kết hoá học
Nguyên tử H ngoài khả năng tham gia liên kết cộng hoá trị thông thường còn có khả
năng tạo thành mối liên kết thứ 2 với một nguyên tử khác có độ âm điện lớn và có kích

b) Đặc điểm của liên kết hydro
Trong phân tử nước, do sự có mặt của cả H và O nên giữa các phân tử nước với
nhau dễ dàng hình thành các liên kết hydro. Liên kết hydro kém bền hơn nhiều so với liên
kết cộng hoá trị thông thường (năng lượng liên kết hydro thường nằm ở khoảng 10-40
kJ/mol, trong khi năng lượng liên kết hoá học thông thường cỡ hàng trăm kcal/mol), nhưng
bền hơn lực Van der Waals (năng lượng từ 2-10 kJ/mol). Liên kết hydro gây ra hiện tượng
trùng hợp phân tử và do đó làm xuất hiện một số tính chất lý học và hoá học bất thường
của các chất, cụ thể là:
- Tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt bay hơi của các chất (do liên kết
hydro ngoại phân tử). Sở dĩ như vậy là vì hiện tượng trùng hợp phân tử làm cho khối lượng
phân tử trung bình của chất tăng lên và lực hút giữa các phân tử tăng lên.
- Hiện tượng trùng hợp phân tử còn gây ra sự biến đổi bất thường về khối lượng
riêng. Đáng lẽ bình thường khi tăng nhiệt độ, do sự dãn nở nhiệt thì thể tích các chất tăng
lên và khối lượng riêng phải giảm đi. Nhưng khi có hiện tượng trùng hợp phân tử, nhiệt độ
tăng lên liên kết hydro gẫy ra thì sự biến đổi khối lượng riêng không đơn điệu như vậy nữa
mà phụ thuộc vào dạng và cách phối trí các phân tử dưới ảnh hưởng của liên kết hydro.
Điều này có thể thấy rất rõ khi ta xét những tính chất vật lý bất thường của nước ở dưới
đây (mục 2.3).
- Hiện tượng trùng hợp phân tử làm giảm độ điện ly và làm giảm tính axit của chất.
Ví dụ florua hydro (HF) nếu suy đoán đơn giản dựa vào độ âm điện thì phải có tính axit
mạnh vào cỡ HCl, HBr, HI, nhưng do liên kết hydro gây ra hiện tượng trùng hợp phân tử
tạo thành các phân tử dạng (HF)
2
điện ly yếu:
(HF)
2
⇔ HF
2
-
+ H

nước lỏng do sự uốn cong và kéo dài các mối liên kết hyđrô nên sự phân bố các phân tử
nước ít nhiều bị lệch khỏi cách phân bố tứ diện chặt chẽ và các phân tử nước nằm sai lệch
về cấu trúc xảy ra càng mạnh và chuyển dần đến cấu trúc hỗn độn.
Hình 7.1. Một mảnh nhỏ cấu trúc của nước
Vì vậy người ta nói nước lỏng chỉ có cấu trúc “trật tự gần”. Ngoài ra do chuyển
động nhiệt, một phần liên kết hiđrô bị phá vỡ và lại được lập lại, phân tử nước chuyển từ
yếu tố cấu trúc tứ diện này sang yếu tố cấu trúc tứ diện khác, nên các phân tử nước liên tục
chuyển động tịnh tiến, do đó nước có khả năng tự khuyếch tán.
Nếu theo quan điểm của thuyết “đảo tinh thể” thì có thể hình dung trong nước lỏng
có cấu trúc của nước đá, tức là những “đảo tinh thể” nằm giữa một tập hợp nước chuyển
động hỗn loạn. Với chất lỏng là nước hiện tượng này biểu hiện rõ hơn trong các chất lỏng
khác.
7.2.2. Ba trạng thái của nước
Do những yếu tố cấu trúc tinh thể như vậy, đồng thời do có mômen lưỡng cực phân
tử lớn mà hằng số điện môi của nước có giá trị lớn (bằng 79.5 ở 25
o
C) và nước có tính chất
đặc biệt như có khả năng hoà tan và điện ly nhiều chất, nhiệt độ sôi cao, nhiệt độ bay hơi
lớn Có thể nói, cấu trúc của nước tuỳ thuộc vào trạng thái vật lý của nó. J. Bernal, R.
241
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O

o
.
Thực nghiệm cho thấy rằng góc liên kết này là 104
o
27’(>90
o
) là do liên kết O-H là liên kết
cộng hoá trị phân cực, các mây điện tử bị hút lệch về phía nguyên tử oxy làm xuất hiện
điện tích dương ở phía nguyên tử hydro và sự đẩy nhau giữa 2 nguyên tử hydro mang điện
tích dương dẫn đến sự mở rộng góc giữa 2 liên kết. Với cách giải thích này ta có phân tử
nước sẽ có cấu tạo hình tam giác phẳng (hình 7.3)
Ở các trạng thái ngưng tụ (nước và nước đá), nước có cấu tạo phức tạp hơn và điều
đó giải thích cho những tính chất bất thường của nước. Ở các trạng thái này nước thường
tồn tại dưới dạng các phân tử trùng hợp với công thức là (H
2
O)
n
. Khi đó nguyên tử oxy
trong nước có trạng thái lai hoá sp
3
, tạo thành 4 obitan lai hoá mà trục của 4 obitan này
hướng về 4 đỉnh của 1 tứ diện đều với nguyên tử O ở tâm của tứ diện và góc liên kết là
104
o
27’.
b) Ở trạng thái lỏng: nước tồn tại chủ yếu dạng phân tử nhị hợp (H
2
O)
2
. Một số

(O H) có độ dài lớn hơn nên cấu trúc này tương đối xốp dẫn đến tỷ trọng nhỏ hơn và làm
cho nước đá có dạng trong suốt. Khi tăng nhiệt độ, nước đá tan chảy, một phần liên kết
hydro bị phá vỡ (khoảng 15%) và các phân tử trime chuyển dần thành các phân tử dime
làm cho khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử giảm xuống. Kết quả là nước lỏng có
khối lượng riêng lớn hơn nước đá. Nếu tiếp tục đun nóng thì một mặt liên kết hydro tiếp
tục bị phá vỡ làm cho khoảng cách giữa các phân tử giảm xuống. Mặt khác, nước bị dãn nở
nhiệt làm cho khoảng cách giữa các phân tử tăng lên. Từ 0 – 4
o
C quá trình thứ nhất (phá vỡ
liên kết hydro) trội hơn, do đó khối lượng riêng của nước tiếp tục tăng lên. Nhưng từ 4
o
C
trở lên quá trình thứ hai (sự dãn nở nhiệt) trội hơn và bây giờ nước lỏng chủ yếu cấu tạo từ
các phân tử nhị hợp (H
2
O)
2
nên sự biến đổi về mặt trùng hợp không còn là chủ yếu nữa. Do
đó từ 4
o
C trở lên khối lượng riêng của nước lại giảm xuống.
Việc nghiên cứu những biến dạng tinh thể (đặc biệt nhờ sự giúp đỡ của phổ
Raman), đã cho phép chúng ta hiểu được sự chuyển giao từ cấu trúc tinh thể mở của nước
đá sang trạng thái lỏng. Theo Bernal và Fauler, nước có cấu trúc kiểu trime đa phần ở nhiệt
độ < 4
o
C. Trong khoảng từ 4
o
C đến 200
o

vật liệu khác
Quyết định sự truyền nhiệt cho các phân tử nước
giữa pha nước và khí quyển
7 Ẩn nhiệt nóng chảy cao hơn
các chất lỏng khác trừ
amoniac
Nhiệt độ ổn định ở điểm đóng băng
8 Nhiệt dung cao hơn chất
lỏng khác trừ amoniac
Làm ổn định nhiệt độ của cơ thể sống và các vùng
địa lý
Nhờ có cấu trúc linh động như vậy, nước đã trở thành một chất lỏng đặc biệt có
những tính chất lý, hoá học kỳ thú, quan trọng đối với sự sống và xác định hành vi của nó
trong môi trường. Trong đó nhiều tính chất của nước được quyết định bởi cấu trúc phân tử
phân cực và khả năng hình thành liên kết hydro. Những tính chất rất đặc biệt này của nước
được tóm tắt trên bảng 7.1.
244