bai 12 : Nuoc

Nước - Water• Cấu tạo - tính chất - những liên kết trong phân tử • Những khám phá đầu tiên • Công nghệ hiện đại - Những ứng dụng rộng rãi • Thuỷ điện Việt Nam - Các nhà máy thuỷ điện • K

70 % diÖn tÝch Tr¸i §Êt

Nước - Water

• Cấu tạo - tính chất - những liên kết trong phân tử

• Những khám phá đầu tiên

• Công nghệ hiện đại - Những ứng dụng rộng rãi

• Thuỷ điện Việt Nam - Các nhà máy thuỷ điện

• Kiếm tìm năng lượng mới

• Những thiệt hại do nước gây ra.

• Trái Đất - sự phá huỷ

• Khoa học vui

• Cùng làm thí nghiệm

• Cuộc sống sinh động với nước

Nước - Water

• Cấu tạo - tính chất - những liên kết trong phân tử

• Những khám phá đầu tiên

• Công nghệ hiện đại - Những ứng dụng rộng rãi

• Thuỷ điện Việt Nam - Các nhà máy thuỷ điện

• Kiếm tìm năng lượng mới

• Những thiệt hại do nước gây ra

• Sự huỷ diệt của Trái Đất

• Khoa học vui

• Cuộc sống sinh động với nước

• Cùng làm thí nghiệm

CÊu t¹o - tÝnh chÊt nh÷ng liªn kÕt trong ph©n tö

- Nước là một hợp chất hóa học của ôxy và

hiđrô, có CTHH là H2O Với các tính chất đặc biệt ( tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất

thường của khối lượng riêng ) nước là 1 chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống

- Bên cạnh nước "thông thường" còn có nước

nặng và nước siêu nặng Ở các loại nước này,

các nguyên tử hiđrô bình thường được thay thế bởi các đồng vị đơteri và triti.

Mô hình phân tử nước

A Phân tử nước bao gồm 2 nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxy Phân tử nước có góc liên

kết là 104,45° Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện Chiều dài của liên kết

ở nguyên tử ôxy, gây ra sự lưỡng cực Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng

Liên kết hiđrô

A Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn Đây không phải là 1 liên kết bền vững Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại trong 1 phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.

B Đường kính nhỏ của nguyên tử hiđrô đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ

có như vậy nguyên tử hiđrô mới có thể đến gần nguyên tử ôxy 1 chừng mực đầy đủ

Liên kết hiđrô

Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích

nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô.

Các tính chất hóa lý của nước

còn nhiệt độ sôi bằng 100 độ Celcius Nước đóng băng được gọi là nước đá Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước Nước có nhiệt độ sôi tương đối

cao nhờ liên kết hiđrô

B Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng cao nhất ở 4°C: 1 g/cm³ đó Trên 4°C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4°C, nước lại lạnh nở, nóng co.

C Nước là 1 dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung dịch nước.

D Nước tinh khiết không dẫn điện Do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn,

thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua.

E Nước là 1 chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+) Khi phản ứng

với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước

phản ứng như 1 chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Với ammoniac nước phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- 

Nh÷ng kh¸m ph¸ ®Çu tiªn

máy hơi nước các nhà phát minh đầu tiên –

máy hơi nước các nhà phát minh đầu tiên –

Vào những năm 1770 – 1707, các nhà khoa học như Newcomen, Denis Papin, đã phát minh ra chiếc máy “không khí” (mặc dù nó còn khá cồng kềnh) và tìm cách chế tạo chiếc máy hơi nước đầu tiên nhưng phải từ bỏ vì gặp khó khăn.

Sau đó, tại Pháp, năm 1784, James Watt, phụ tá trong một phòng thí nghiệm của một trường

đại học đã phát minh ra một chiếc máy hơi nước thật sự

Mỏy hơi nước

của Denis Papin

James Watt

Cũng trong thời gian này, nhiều người đã tìm cách áp dụng máy hơi nước vào việc vận chuyển trên mặt nước nhưng thất bại và đồng thời cũng không được sự trợ giúp của chính phủ Vì thế, các công trình nghiên cứu đành bỏ dở

Nhưng trong khi những nghiên cứu tại Pháp bị lãng quên thì tại Hoa Kì, nơi có rất nhiều con sông rộng và các tuyến đường thuỷ tất cả mới thực sự bắt đầu

Mô hình máy hơi nước

Hai người Mỹ được nhận danh

dự đã chế tạo tầu thuỷ đầu tiên là James Rumsey và John Fitch.

Thực ra, Rumsley đã qua đời tại Anh, nghiên cứu bị bỏ dở John Fitch mới đúng là người chế tạo tầu thuỷ đầu tiên Năm 1785, Fitch bắt đầu đóng 1 kiểu tàu thuỷ có

guồng tại sườn tàu 2 năm sau, nhà phát minh này lắp động cơ cho 1 chiếc thuyền 14m, mái chèo lắp thẳng đứng và đã thành công

John Fitch

James Rumsay

máy hơi nước các nhà phát minh đầu tiên –

máy hơi nước các nhà phát minh đầu tiên –

Con tàu dựng mỏi chốo thẳng đứng của Fitch

Mặc dù phương pháp còn vụng về nhưng con tàu đã đạt được vận tốc 4 dặm/h Thành công nhanh chóng với các tiểu bang, Fitch đã chế tạo thêm 1 con tàu khác và giành được những lời

ca tụng của báo chí (năm 1790).

Năm 1791, F được cấp bằng phát minh về tầu thuỷ.

Năm 1793, ông quay về Pháp xin bằng phát minh tầu thuỷ nhưng gặp khó khăn do cuộc cách mạng Pháp Năm 1798, ông mất trí rồi qua đời

những cải tiến đem đến thành công

John Stevens

Khi gặp các tầu thuỷ của Fitch trên sông, John Stevens đã nhìn thấy khả năng vô biên của tầu thuỷ Do cần có phương tiên khứ hồi từ New York đến Hoboken, Stevens đã đóng lấy 1 chiếc tầu thuỷ và ông đã nhận ra vài chỗ sai lầm của Fitch.

Sau đó Steven và người anh rể Livingston đã lắp thử động cơ hơi nước vào thuyền nhưng thất bại Không lâu sau, Lvingston làm đại

sứ Hoa kì tại Pháp còn Stevens tiếp tục các cuộc thí nghiệm và trở

thành kĩ sư hơi nước giỏi nhất Hoa Kì đầu TK 19.

Sau nhiều cuộc thử nghiệm với những máy hơi nước nhỏ liên hợp

có gắn chân vịt, danh vọng đã tới với Stevens khi ông đóng xong Phoenix, con tàu dài 31m, động cơ

đồ sộ với các bánh xe guồng

Trong hành trình từ New York tới Philadelphia, Phoenix chạy bình

yên Trong những năm tiếp theo,

ông chuyên chế tạo phà bằng chạy bằng máy hơi nước

Robert Fulton là hoạ sĩ nhưng đã

từ bỏ nghệ thuật để trở thnàh kĩ sư

đào kênh Rất quan tâm tới những sáng chế với hơi nước nhưng sau khi thất bại vì không được chính quyền ủng hộ, ông lại quay về việc chế tạo tầu thuỷ Cũng trong thời gian này, ông gặp Livingston nên

đã rút tỉa được những kinh nghiệm

Sơ đồ tàu của Fulton

của Stevevs Ông bắt tay vào chế tạo tầu Năm 1803, con tàu dài 23m, rộng 2,4m hoàn thành nhưng

vỡ đôi trước khi thử Lần thứ 2, thành công, tàu đã di chuyển 1 cách kì dị trên nước Sự thành công này khiến ông nổi danh nhất về tàu thủy trong 4 năm liên tiếp Đồng thời, Fulton cũng sang Anh và có thêm nhiều hiểu bết về máy hơi nư

ớc Năm 1806, ông bắt tay vào vẽ

vỏ tàu và năm sau, con tàu được

lắp động cơ do Watt chế tạo Tàu mang tên Clermont nhưng có hình dáng rất xấu xí, hoạt động không tốt Ngày 17/8/1807, cuộc chạy thử

đầu tiên thành công Theo nguyện vọng của nhân dân, chiếc tàu dần

được hoàn thiện đẹp mắt và chạy tốt hơn Công ty Tầu Thuỷ trên sông Hudson thành hình

Trong cuộc chiến tranh 1812, Fulton đóng chiếc tàu chiến đầu tiên Năm 1815, ông qua đời

Tầu thuỷ dùng chân vịt

Nhờ Stevens và Fulton, tiềm năng của tàu thuỷ dần được chứng minh Các phát minh dần ra đời nhưng khả năng của chân vịt đối với tàu thuỷ thì dường như đã bị quên lãng Sau đó, các cải cách cũng xuất hiện, động cơ mạnh hơn,

vỏ tàu làm bằng sắt, có lắp chân vịt thay guồng nước, tầu có kích thước lớn, vận chuyển được nhiều hơn

Và danh dự vượt đại dương bằng năng lực hoàn toàn của hơi nước

đã được dành cho tầu Curacao của

Hà Lan trong chuyến khởi hành từ Rotterdam tới West Indies năm

1827 Trong vòng 10 năm, nhiều cuộc hành trình nguy hiểm hơn đã

hoàn thành trong thời gian ít hơn

Đáng ghi nhớ nhất là thời gian kỉ lục 25 ngày vượt Đại Tây Dương của tàu Royal William

Năm 1838, Công ty hàng Hải hơi nước Anh Mỹ bắt đầu hoạt động với con tàu Sirius trọng tải 703 tấn.

Tàu Royal William

John Ericsson

Thực ra, ưu điểm về chân vịt chỉ đư

ợc chứng tỏ khi con tàu Great Britain hạ thuỷ tại Brisol năm

1844 Đó là 1 con tàu lớn dài 96m, trọng tải 3, 440 tấn Tầu có vỏ

bằng sắt được trang bị động cơ 4

xy lanh 200 mã lực, chạy với tốc

độ 12 hải lý/h Tất cả những điều này đã khiến con tàu mang danh hiệu cách mạng Từ năm 1850,

nhiều tàu tân tiến được đóng và sử dụng, số dân sang châu Mỹ tăng

nhanh chóng.

Tất cả những cải tiến trên đã

chứng minh “sự xuất hiện của

động cơ hơi nước đã góp phần làm thay đổi bộ mặt xã hội.

Sau đây là bản thiết kế máy hơi nước :

Tầu Great Eastern



Công nghệ hiện đại Những ứng dụng rộng rãi

Ngày nay, hơi nước không chỉ gói gọn trong ngành tàu thuỷ mà đã được ứng dụng rộng rãi, mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống và trong sinh hoạt Việc đưa hơi nước vào các máy móc hàng ngày trở nên phổ biến hơn

và được nhiều người đón nhận Sự xuất hiện của những loại máy móc đó không những là một bước đột phá,

đem lại cho con người một cuộc sống hiện đại, tân tiến

mà còn giảm thiếu tối đa sự mệt mỏi của những việc thư ờng ngày Về nhà sau một ngày làm việc vất vả, bạn có muốn được thư giãn nhờ sự trợ giúp của mặt nạ hơi nư

ớc ? Với những công nghệ kĩ thuật hiện nay, nước đã mang lại những điều kì diệu cho cuộc sống :

đầy kiên nhẫn Niềm đam mê những cỗ máy hơi nước đã đưa Henry Ford đến thành công như ngày hôm nay

Niềm đam mê ấy đã giúp ông

đứng dậy sau bao nhiêu thất bại

để sản xuất chiếc xe hơi đầu tiên

và cuối cùng là hãng xe hơi nổi tiếng nhất tại Mỹ Đến nay, hãng Ford đã có hơn 100 năm tuổi Từ những chiếc xe đơn giản, bình thư ờng, xe Ford ngày càng hoàn

thiện với kiểu dáng hiện đại hơn Quả thực, cỗ máy hơi nước của James Watt đã thổi niềm đam mê vào cuộc sống, mang lại bước

ngoặt lớn cho không riêng một cá nhân mà là cả xã hội

Thuû ®iÖn ViÖt Nam C¸c nhµ m¸y thuû ®iÖn

tHUû §IÖN vIÖT NAM VíI NH÷NG VÊN §Ò CÊP B¸CH

A Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng

lượng nước Đa số năng lượng thuỷ điện có

được từ năng lượng tiềm tàng của nước được

tích tại các đập làm quay một turbine nước và

máy phát điện Kiểu ít được biết đến hơn là sử

dụng năng lượng động lực của nước hay các

nguồn nước không bị tích bằng đập như năng

lượng thuỷ triều Thuỷ điện là nguồn năng

lượng có thể hồi phục

Năng lượng lấy được từ nước phụ thuộc

không chỉ vào thể tích mà cả vào sự khác biệt

về độ cao giữa nguồn và dòng chảy ra Sự

khác biệt về độ cao được gọi là áp suất

(head) Lượng năng lượng tiềm tàng trong

nước tỷ lệ với áp suất Để có được áp suất

cao nhất, nước cung cấp cho một turbine

nước có thể được cho chảy qua một ống lớn

gọi là ống dẫn nước có áp (penstock)

Hydro-Québec là nhà máy thuỷ điện lớn nhất thể

giới với tổng công suất lắp đặt (2005) là

31,512 MW.

B Chỉ một thời gian ngắn trước đây ông

Nguyễn Văn Thành, giám đốc nhà máy thuỷ

điện Hoà Bình đã thông báo, mức nước ở hồ Hoà Bình là 85,5 m.

Mặc dù mức nước ở hồ Hoà Bình đã thoát

khỏi mức báo động nhưng nó vẫn còn là mối

lo ngại cho không chỉ các nhà chức trách mà tất cả chúng ta

Đập Hũa Bỡnh đó hoạt động ở mức cầm cự

Hồ Hoà Bình, nơi cung cấp điện cho toàn bộ khu

vực miền Bắc và một phần của miền Nam đang lâm vào tình trạng đáng lo ngại và việc cần làm của mỗi người dân chính là phải tích kiệm điện

Cũng trong thời gian này, nhà nước đang tích cực tiến hành xây dựng nhà máy thuỷ điện Sơn La để

cung cấp điện cho các khu vực, đồng thời nhằm giảm bớt gánh nặng cho hồ Hoà Bình

Sau đây là tên 1 số nhà mát thuỷ điện của nước ta :

+ Nhà máy thuỷ điện Nậm Mu.

+ Nhà máy thuỷ điện Thác Bà.

+ Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình + Nhà máy thuỷ điện Vĩnh Sơn + Nhà máy thuỷ điện Ya Ly.

+ Nhà máy thuỷ điện Sông Hinh + Nhà máy thuỷ điện Đrây Hlinh + Nhà máy thuỷ điện Đa Nhim + Nhà máy thuỷ điện Thác Mơ + Nhà máy thuỷ điện Trị An.

+ Nhà máy thuỷ điện Sơn La (đang xây dựng).

Kiếm tìm năng lượng mới

Một loại động cơ hơi nước mới mà cỏc nhà sỏng chế mụ tả là ''động cơ phản lực dưới nước'', cú

thể cung cấp lực cho xuồng hoặc tàu cao tốc

hiệu quả, sạch và an toàn hơn động cơ bỡnh

thường.

Được đặt tờn là The Pursuit Marine Drive, động cơ hơi nước mới tạo ra lực đẩy bằng cỏch sử dụng năng lượng từ hơi nước ỏp suất cao để hỳt nước vào thụng qua một bộ phận nạp ở phớa trước và thải nú ra với tốc độ cao ở đằng sau động cơ Hơi nước tốc độ cao,

từ một chiếc vũi hỡnh vũng hướng ra phớa sau, đi vào trong một

khoang hỡnh nún Tại đõy, hơi nước hoà lẫn với nước Súng sốc,

được tạo ra khi hơi nước ngưng tụ, đẩy nước ra khỏi phớa sau

động cơ

Mụ hỡnh của động cơ phản lực dưới nước

Nhà sỏng chế động cơ trờn là kỹ sư Alan Burns người

Australia Cỏc kỹ sư thuộc Cụng ty Pursuit Dynamics, Anh,

phỏt triển nú Yếu tố quyết định của động cơ là nước vào

động cơ hỳt theo khụng khớ thụng qua một ống ở đằng trước động cơ Bong búng khụng khớ thay đổi cỏch thức hơi nước trộn với nước và điều này làm tăng hiệu quả của động cơ.

Hơi nước được tạo ra trong một nồi hơi nhỏ

được đốt bằng diesel hoặc xăng Nếu động cơ

này được sử dụng để trợ giỳp đẩy tàu thuỷ, nồi

hơn cú thể thu nhiệt thải từ động cơ thụng

thường Nếu cần, động cơ cú thể sử dụng cả

nước biển Nồi hơi cú thể được làm từ vật liệu

chống mài mũn và nếu hơi nước di chuyển đủ

nhanh, nú sẽ phỏ vỡ cỏc cặn lắng Chi phớ sản

xuất động cơ sẽ rất rẻ bởi khụng cú cỏc bộ phận chuyền động bờn trong cũng như chõn vịt Nú

cũng rất khoẻ và cú thể dễ dàng xử lý nếu rong

biển hoặc dõy cuốn vào bộ phận hỳt nước.

Nước ra khỏi động cơ ấm hơn nước vào khụng

quỏ 3-4oC và do đú khụng cú nguy cơ làm bỏng

Nú khụng làm rũ rỉ dầu giống như động cơ thụng thường và khụng cú chõn vịt - bộ phận cú thể

làm tổn thương cỏc sinh vật biển lớn khỏc, ớt gõy hại cho mụi trường Cụng ty Pursuit Dynamics

khụng cú ý định sản xuất loại động cơ này Họ hy vọng cấp giấy phộp cho cỏc nhà sản xuất khỏc

vào cuối năm nay.



Ngoài ra, một số loại nước đặc biệt như nước nhẹ và nư

ớc siêu nặng cũng đem đến những ứng dụng nhất định

trong cuộc sống Ví dụ: nước nặng giúp làm chậm sự phân rã hạt nhân trong quá trình chế tạo bom nguyên tử Nước

nặng có hiệu suất làm chậm tốt do không hấp thu nơtron

một cách lãng phí nên có thể nói đây là chất làm giảm tốc

lí tưởng , còn nước nhẹ được phát triển cho mục đích

quân sự như việc tạo sức đẩy cho tầu thuyền mà đặc biệt là

sử dụng cho tầu ngầm

Những thiệt hại do nước

gây ra

Bên cạnh rất nhiều lợi ích nước đem lại cho con người,

những thảm hoạ do nước gây ra cũng mang đến những hậu quả vô cùng khủng khiếp Nước mang lại nguồn sống, tài nguyên sinh vật biển dồi dào, năng lượng vô giá nhưng nước cũng

gây ra lũ lụt, bão biển, sóng thần

Sóng thần là một loạt các đợt sóng được hình thành khi một khối lượng nước, như một đại dương bị chuyển dịch trên một qui mô lớn Các trận động đất, các dịch chuyển địa chất lớn

bên trên hay bên dưới mặt nước, các cuộc nũi lửa phun và

những vụ va chạm thiên thạch đều có khả năng gây ra sóng

thần Do đó, các tác động xấu của con người cũng dễ để lại

những thiệt hại to lớn

Chắc các bạn vẫn còn nhớ cơn động đất dữ dội nhất thế giới

trong vòng 40 năm qua tại Nam á và Đông Nam á đã tạo nên

những cơn sóng thần có sức tàn phá và huỷ diệt không thể tưởng tượng nổi

Cơn địa chấn lên tới 9 độ Richter ấy đã đem đến con số

thương vong hơn 50.000 người, để lại những mất mát, đau thương cho bao người còn sống Một nửa hòn đảo Maldives

đã bị nhấn chìm trong chớp mắt Sóng thần mang theo tai

hoạ không chỉ trong một phạm vi mà sức tàn phá của nó hiện hữu khắp nơi, tại : Sri Lanka; Indonesia; ấn Độ; Thái Lan; Mandives; Malaysia; Myanmar; Bangladesh; Somalia;

Kenya; Seychelles; Tanzania

Tai hoạ sóng thần chính là một trong những mối đe doạ của cuộc sống do nước – nguồn sống của con người gây ra

Sau đây là một vài bức ảnh về những mất mát do sóng thần :