Nước
Nước (H2O) là hợp chất phân tử nhỏ. Tính chất của chất không chỉ phụ thuộc thành phần nguyên tố mà còn do kiểu liên kết, hình học phân tử hoặc mạng tinh thể và cách các tiểu phân ứng xử ở trạng thái tinh khiết hay trong dung dịch.
Dữ liệu cơ bản
Công thức cho biết điều gì
Một đơn vị công thức H2O chứa 2 × hiđro (H), 1 × oxi (O). Từ khối lượng nguyên tử tương đối, khối lượng mol xấp xỉ 18.015 g/mol. Chỉ số trong công thức cho biết số nguyên tử, không tự nó cho biết điện tích, số oxi hóa hay hình học.
Phần trăm khối lượng nguyên tố
Xét theo khối lượng, thành phần đóng góp lớn nhất là oxi (O, 88.8 %). Phần trăm khối lượng phụ thuộc đồng thời vào số nguyên tử và khối lượng nguyên tử tương đối, nên không thể suy ra chỉ từ các chỉ số.
| hiđro (H) | 2 | 11.2 % |
|---|---|---|
| oxi (O) | 1 | 88.8 % |
Cấu trúc và liên kết
Nước H₂O là phân tử nhỏ có cực với cấu trúc gấp khúc H–O–H và góc liên kết khoảng 104,5°. Cặp electron tự do trên oxi cùng độ phân cực của liên kết O–H tạo nên mạng liên kết hiđro rộng giữa các phân tử nước.
Cần phân biệt liên kết bên trong phân tử hoặc ion với lực tương tác giữa các tiểu phân. Độ phân cực của liên kết, hình học phân tử, sự phân bố điện tích và khả năng tạo liên kết hiđro hay tương tác ion chi phối độ tan, nhiệt độ chuyển pha và tính phản ứng theo những cơ chế khác nhau.
Hình minh họa R3
Tính chất hóa học
Nước có thể vừa cho vừa nhận proton nên là chất lưỡng tính; nó có cân bằng tự ion hóa 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. Khả năng hiđrat hóa ion và phân tử phân cực là một lý do nước trở thành dung môi trung tâm của nhiều phản ứng hóa học.
Các giá trị tính chất chỉ có ý nghĩa khi gắn với điều kiện đo. Nhiệt độ, áp suất, nồng độ, độ tinh khiết, dạng tinh thể hoặc dung môi có thể làm thay đổi khối lượng riêng, độ tan, trạng thái pha và tốc độ phản ứng. Vì vậy một giá trị đại diện là điểm tham chiếu, không phải hằng số bất biến trong mọi điều kiện.
Dung dịch, cân bằng và điều kiện
Trong dung dịch nước, không nhất thiết chỉ tồn tại đúng dạng tiểu phân như trong chất tinh khiết. Sự hiđrat hóa, cân bằng axit–bazơ, sự kết hợp, phân li hoặc thủy phân có thể làm thay đổi tỉ lệ các dạng hóa học thực sự có mặt.
Khi nồng độ hoặc pH thay đổi, vị trí cân bằng và tốc độ phản ứng cũng có thể thay đổi. Vì vậy khi mô tả tính chất của một chất cần nêu rõ môi trường; công thức hóa học cho biết thành phần nhưng không đại diện cho mọi dạng hóa học trong dung dịch.
Ứng dụng và ý nghĩa
Nước giữ vai trò thiết yếu trong phản ứng sinh học, truyền nhiệt và quá trình hòa tan.
Ứng dụng của một chất xuất phát từ sự kết hợp giữa tính phản ứng, độ tan, độ bay hơi, tính chất nhiệt và tương tác với hệ sinh học. Một tính chất có thể hữu ích trong quy trình được kiểm soát nhưng lại trở thành nguồn rủi ro khi điều kiện sử dụng thay đổi.
An toàn và ngữ cảnh đúng
Nước tinh khiết thông thường không phải hóa chất nguy hiểm, nhưng nhiệt độ, áp suất, thiết bị điện hoặc chất hòa tan có thể làm thay đổi mức rủi ro.
Không thể đánh giá an toàn chỉ từ tên chất. Cần xét lượng, nồng độ, nhiệt độ, đường phơi nhiễm, thông gió và khả năng tương thích với các chất khác, đồng thời dùng dữ liệu an toàn phù hợp với sản phẩm hoặc điều kiện thí nghiệm thực tế.
So sánh quan trọng
Amoniac cũng là phân tử nhỏ có cực nhưng NH₃ có cặp electron tự do trên nitơ nên là bazơ mạnh hơn nước nhiều.
Hai chất có công thức gần giống hoặc có chung nguyên tố vẫn có thể khác mạnh về tính chất nếu cách liên kết, hình học, điện tích hoặc nhóm chức thay đổi. Khi so sánh cần nhìn cả điểm giống lẫn khác biệt cấu trúc tạo ra hành vi hóa học khác nhau.