水 みず 是 ぜ 一 いち 种无色 しょく 、无味的 てき 化合 かごう 物 ぶつ ,分子 ぶんし 式 しき 為 ため H2 O,除 じょ 了 りょう 以气体 形式 けいしき 存在 そんざい 于大气中,其液体 えきたい 和 わ 固体 こたい 形式 けいしき 占 うらない 据 すえ 了 りょう 地面 じめん 70-75%的 てき 组成部分 ぶぶん ,是 ぜ 地球 ちきゅう 表面 ひょうめん 上 じょう 最多 さいた 的 てき 物質 ぶっしつ 。标准状 じょう 况 下 した ,水分 すいぶん 子 こ 在 ざい 液體 えきたい 和氣 わき 體 たい 之 の 间保持 ほじ 动态平衡 へいこう 。室温 しつおん 下 か ,它是无色,无味,透明 とうめい 的 てき 液体 えきたい 。作 さく 为通用 つうよう 溶剂之 の 一 いち ,水 みず 可 か 以溶解 ようかい 许多物 ぶつ 质。因 よし 此,自然 しぜん 界 かい 极少有水 ありみず 的 てき 纯净物 ぶつ 。
水 みず 以多种形 かたち 态存在 そんざい ,而一般 いっぱん 只 ただ 有 ゆう 液 えき 態 たい 的 てき 水 みず 才 ざい 被 ひ 視 し 為 ため 水 すい 。
氣 き 態 たい :气态的 てき 水 すい 即 そく 我 わが 们所说的水蒸氣 すいじょうき 。水 みず 蒸 ふけ 气是无色的 てき ,我 わが 们看到 いた 的 てき 白色 はくしょく 水 すい 气是水 すい 蒸 ふけ 气冷凝 しこり 后 きさき 的 てき 液 えき 态小水滴 すいてき 。
过冷水 れいすい 是 ぜ 低 てい 过0℃的 てき 水 みず ,在 ざい 破 やぶ 坏平衡 へいこう 下 か 会 かい 迅速 じんそく 结冰。超 ちょう 临界水 すい 是 ぜ 在高 ありだか 压和高温 こうおん 环境下 か 形成 けいせい 的 てき 水 みず ,不 ふ 仅具有 ぐゆう 极强的 てき 氧化能力 のうりょく ,而且极易与 あずか 油 あぶら 和 わ 其他物 ぶつ 质混合 こんごう ,具有 ぐゆう 很强融合 ゆうごう 能力 のうりょく 。
固 かた 态的水 すい 即 そく 我 わが 们熟知的 ちてき 冰 。由 よし 于氫鍵 的 てき 存在 そんざい ,當 とう 水 みず 被 ひ 冷却 れいきゃく 至 いたり 冰點附近 ふきん 時 じ ,水分 すいぶん 子 こ 能 のう 透過 とうか 重 じゅう 組 ぐみ 來 らい 使 つかい 能 のう 量 りょう 最小 さいしょう 化 か 的 てき 關係 かんけい ,所以 ゆえん 氫鍵的 てき 存在 そんざい 意味 いみ 着 ぎ 分子 ぶんし 可 か 以形成 けいせい 帶 たい 六角形 ろっかっけい 晶 あきら 體 たい 結構 けっこう 的 てき 冰,這種冰的密度 みつど 實際 じっさい 上 じょう 較低:因 いん 此於固 かた 態 たい 時 じ (冰)會 かい 浮水上 じょう 。亦 また 即 そく 是 ぜ 說 せつ ,水 みず 結 ゆい 冰時會 かい 膨脹 ぼうちょう (负热膨胀)。在 ざい 足 あし 夠壓力 りょく 下 か ,固體 こたい 密度 みつど 比 ひ 液體 えきたい 低 てい 會 かい 帶 たい 來 らい 一 いち 個 こ 效果 こうか 。當 とう 壓力 あつりょく 增加 ぞうか 時 じ 熔點下降 かこう ,而當熔點溫度 おんど 比 ひ 周圍 しゅうい 環境 かんきょう 低 ひく 時 とき 冰會熔化。要 よう 使 つかい 熔點大幅 おおはば 度 ど 下降 かこう 需要 じゅよう 增加 ぞうか 相當 そうとう 大 だい 的 てき 壓力 あつりょく ——溜 ため 冰者所 しょ 施 ほどこせ 加 か 的 てき 壓力 あつりょく 只 ただ 會 かい 把 わ 熔點下 か 調 ちょう 約 やく 0.09℃。
热冰是 ぜ 水 すい 的 てき 另一个现象 ぞう ,即 そく 水 みず 在 ざい 室温 しつおん 下 か ,加 か 以106 V/m的 てき 电场,也能变成冰[ 2] 。这个现象被 ひ 用 もちい 来 らい 解 かい 释云的 てき 形成 けいせい ,云 うん 层里的 てき 冰晶初次 はつじ 形成 けいせい 时需要 じゅよう −10 °C的 てき 低温 ていおん ,而后来 き 再 さい 次 つぎ 结冰只 ただ 需要 じゅよう −5 °C,这意味 いみ 着 ぎ 晶 あきら 体 からだ 的 てき 结构发生了 りょう 改 あらため 变。[ 3]
聚合水 すい 是 ぜ 一个水的聚合物的假设,在 ざい 1960年代 ねんだい 晚期 ばんき 是 ぜ 科学 かがく 界 かい 的 てき 争 そう 论话题之一 いち 。现在多数 たすう 人 じん 认为聚合水 すい 并不存在 そんざい 。
水 みず 的 てき 相 あい 图
三 さん 相 そう 點 てん :固 かた 態 たい 、液 えき 態 たい 和氣 わき 態 たい 能 のう 同時 どうじ 存在 そんざい 的 てき 溫度 おんど 和 わ 壓力 あつりょく 就被稱 しょう 為 ため 水 すい 的 てき 三 さん 相 そう 點 てん 。這點用 よう 於制定 せいてい 溫度 おんど 單位 たんい (開 ひらく 氏 し 度 ど ,間接 かんせつ 攝氏 せっし 度 ど ,甚至華氏 かし 度 ど 都 みやこ 是 ただし )。約定 やくじょう 俗 ぞく 成 なり 的 てき 三 さん 相 そう 點 てん 溫度 おんど 為 ため 273.16 K (0.01 o C),而壓力 りょく 則 そく 為 ため 611.73 Pa 。這個壓力 あつりょく 是 ぜ 頗低的 てき ,約 やく 為 ため 海 うみ 平面 へいめん 大氣 たいき 壓力 あつりょく (101,325 Pa)的 てき 1/166。火星 かせい 這顆行 ぎょう 星 ぼし 上 じょう 的 てき 表面 ひょうめん 大氣 たいき 壓力 あつりょく 跟三相點壓力非常地相近,故 こ 火星 かせい 的 てき 零 れい 海拔 かいばつ 或 ある “海 うみ 平面 へいめん ”被 ひ 規定 きてい 為 ため 大氣 たいき 壓力 あつりょく 跟三 さん 相 そう 點 てん 壓力 あつりょく 一致 いっち 的 てき 高度 こうど 。
临界点 てん :在 ざい 其臨界 りんかい 溫度 おんど 及壓力 りょく (647K 及22.064MPa )時 じ ,水分 すいぶん 子 こ 會 かい 变为一 いち 種 しゅ “超 ちょう 臨界 りんかい ”狀態 じょうたい ,液 えき 态般的 てき 水滴 すいてき 漂浮于气态之中 ちゅう 。
熔点 、沸点 ふってん :儘管氫鍵是 ぜ 一 いち 種 しゅ 相對 そうたい 較弱的 てき 引力 いんりょく (跟連接 れんせつ 水 すい 分子 ぶんし 內原子 げんし 的 てき 共 とも 價 か 鍵 かぎ 比較 ひかく 時 じ ),但 ただし 是 ぜ 它造就了水 すい 的 てき 多 た 個 こ 特性 とくせい 。其中一個特性就是水相對較高的熔點 及沸點 ふってん ,因 いん 為 ため 需要 じゅよう 更 さら 多 おお 能 のう 量 りょう 才能 さいのう 夠克服 こくふく 分子 ぶんし 間 あいだ 的 てき 氫鍵。相近 すけちか 的 てき 化合 かごう 物 ぶつ 硫化 りゅうか 氫(H2 S)的 てき 氫鍵較水的 てき 弱 じゃく ,在 ざい 室溫 しつおん 下 しも 是 ぜ 氣體 きたい 。维也纳标准 じゅん 平均 へいきん 海水 かいすい (VSMOW)的 てき 熔点在 てんざい 273.1500089(10) K / 0.000089(10)℃ ,沸 にえ 点在 てんざい 373.1339 K / 99.9839 ℃。在 ざい 历史上 しじょう ,人 にん 们曾利用 りよう 水 すい 的 てき 性 せい 质来定 てい 义温度 おんど 的 てき 标度。值得注意 ちゅうい 的 てき 是 ぜ ,热力学 がく 温 ゆたか 标 、摄氏温 ゆたか 标 和 わ 华氏温 ゆたか 标 都 みやこ 是 ただし ,或 ある 曾经是 ぜ 用水 ようすい 的 てき 熔沸点 てん 来 らい 定 てい 义的。其他不 ふ 常用 じょうよう 的 てき 温 ゆたか 标,例 れい 如Delisle温 ゆたか 标 、牛 うし 顿温标 、列 れつ 氏 し 温 ゆたか 标和 わ 羅 ら 氏 し 溫 ぬる 標 しめぎ ,也是用 よう 相似 そうじ 的 てき 方法 ほうほう 定 てい 义的。在 ざい 现代,人 にん 们更普遍 ふへん 使用 しよう 水 すい 的 てき 三相点作为一个标准点。[ 4]
水分 すいぶん 子 こ 間 あいだ 額 がく 外的 がいてき 鍵 かぎ 為 ため 液 えき 態 たい 水 すい 帶 たい 來 らい 了 りょう 高 だか 比熱 ひねつ 容 よう 。這種高 だか 比熱 ひねつ 容 よう 使 し 水 すい 成 なり 為 ため 一種較佳的熱量儲存媒介。
水分 すいぶん 子中 こなか 的 てき 氢键
水分 すいぶん 子 こ 间的电磁相互 そうご 作用 さよう 分 ぶん 为氢键 和 わ 范德华力 。氢键是 ぜ 一 いち 种较强的 ごうてき 分子 ぶんし 间作用 よう 力 りょく ,强 つよ 于范德 とく 华力,又 また 比 ひ 化学 かがく 键弱 じゃく 得 とく 多 た 。一個水分子最多能形成四條氫鍵 ,因 いん 為 ため 它能夠在接受 せつじゅ 两个电子的 てき 同 どう 时也可 か 以提供 ていきょう 兩個 りゃんこ 電子 でんし 。水 みず 跟其他 た 氫鍵液體 えきたい (如氟化氫 、氨 及甲 きのえ 醇 あつし )在 ざい 熱 ねつ 力學 りきがく 、動 どう 能 のう 及結構 けっこう 方面 ほうめん 的 てき 表 ひょう 现差别明显,原因 げんいん 在 ざい 于水是 ぜ 唯 ただ 一能形成四條氫鍵的分子,其他分子 ぶんし 不能 ふのう 這樣做的原因 げんいん 有二 ゆうじ :一是由於它們不能再提供或接受氫,二是由於這樣做會形成引起立體 りったい 效 こう 應 おう 的 てき 殘餘 ざんよ 物 ぶつ 。由水 ゆみ 的 てき 四 よん 條 じょう 氫鍵所 しょ 形成 けいせい 的 てき 正 せい 四 よん 面體 めんてい 序列 じょれつ ,產 さん 生 せい 了 りょう 開放 かいほう 結構 けっこう 以及三維結合網絡,跟簡單 かんたん 液體 えきたい 內部的 てき 緊密 きんみつ 結構 けっこう 截然 せつぜん 不同 ふどう 。儘管水 すい 是 ぜ 有 ゆう 氫鍵結合 けつごう 網 もう 絡 からま 的 てき 液體 えきたい ,而二 に 氧化硅則 のり 有高 ありだか 熔點的 てき 電 でん 價 あたい 網 もう 絡 からま ,但 ただし 兩者 りょうしゃ 的 てき 異常 いじょう 表現 ひょうげん 仍有相近 すけちか 之 の 處 しょ 。水 みず 適用 てきよう 於生命 いのち 體 たい ,而且被 ひ 牠們採用 さいよう ,原因 げんいん 在 ざい 於它在 ざい 各 かく 生物 せいぶつ 程 ほど 序 じょ 適應 てきおう 的 てき 一系列溫度狀況下展示出獨有的性質,包括 ほうかつ 水 みず 合作 がっさく 用 よう 。
一般 いっぱん 被 ひ 認 みとめ 為 ため 水 すい 的 てき 氫鍵主要 しゅよう 是 ぜ 由 よし 靜 せい 電力 でんりょく 及一些電價性所導致的。氫鍵的 てき 類 るい 電 でん 價 か 性質 せいしつ 由 ゆかり 萊納斯·鮑 あわび 林 りん 於1930年代 ねんだい 預 あずか 測 はか ,至 いたり 今 こん 仍待實驗 じっけん 及理論 ろん 計算 けいさん 的 てき 明確 めいかく 證明 しょうめい 。
水 みず 的 てき 表面 ひょうめん 张力實驗 じっけん
水 みず 的 てき 表面張力 ひょうめんちょうりょく 其大小 しょう 与 あずか 温度 おんど 负相关。由 よし 于水具有 ぐゆう 所有 しょゆう 非金属 ひきんぞく 液体 えきたい 中 ちゅう 最大 さいだい 的 てき 表面 ひょうめん 张力 值72.8 mN/m(20℃),使 し 水滴 すいてき 保持 ほじ 相 しょう 对稳定 じょう 。当 とう 少 しょう 量水 りょうすい 滴滴 てきてき 在 ざい 玻璃 はり 板 ばん 上 じょう ,即 そく 可 か 观察到水 すい 的 てき 表面 ひょうめん 张力:水滴 すいてき 继续保持 ほじ 液 えき 滴 しずく 状 じょう 态。另一个常见的例子是,向 こう 一杯注满水的玻璃杯中缓缓投放硬币,水 みず 不 ふ 会 かい 立 りつ 刻 こく 溢出,而是向上 こうじょう 凸 とつ 起 おこり 。
水 みず 的 てき 毛 もう 细现象 ぞう 对生物 ぶつ 来 らい 说非常 ひじょう 重要 じゅうよう 。例 れい 如,植物 しょくぶつ 吸水 きゅうすい 时,水通 すいどう 过茎內的木 き 质部向上 こうじょう 运输。强大 きょうだい 的 てき 分子 ぶんし 间作用 よう 力 りょく 维持维管束 たば 中 ちゅう 水 みず 的 てき 柱状 ちゅうじょう 形 がた 态,粘 ねば 接 せっ 性 せい 使 し 水柱 みずばしら 聚集,粘性 ねんせい 使 し 水 すい 紧贴维管束 たば 壁 かべ ,而张力 りょく 则能防止 ぼうし 葉 は 面 めん 蒸 ふけ 腾作用 よう 导致水柱 みずばしら 断 だん 裂 きれ 。其他低 てい 张力的 てき 液体 えきたい 则会导致液 えき 柱 ばしら 裂 きれ 开,形成 けいせい 真空 しんくう ,使 つかい 蒸 ふけ 腾作用 よう 失效 しっこう 。[ 5]
水 みず 的 てき 浸 ひた 润性是 ぜ 指 ゆび 水 すい 在 ざい 物体 ぶったい 表面 ひょうめん 的 てき 展 てん 开性和 わ 渗透性 せい 。水滴 すいてき 会 かい 在 ざい 亲水性 せい 物体 ぶったい ,如玻璃 はり 、金属 きんぞく 等 とう 表面 ひょうめん 展 てん 开形成 けいせい 水 すい 膜 まく ,在 ざい 疏水 そすい 性 せい 物体 ぶったい 如蜡 的 てき 表面 ひょうめん 则会形成 けいせい 球形 きゅうけい 。渗透性 せい 是 ぜ 指 ゆび 一种材料在不损坏介质构造情况下,能 のう 使 し 水通 すいどう 过的能力 のうりょく 。[ 6]
水柱 みずばしら 被 ひ 带电的 てき 塑料尺 じゃく (左 ひだり )吸引 きゅういん ,右 みぎ 图为正常 せいじょう 情 じょう 况的对比。
水 みず 的 てき 一項重要特性就是它的極性 きょくせい 。水分 すいぶん 子 こ 呈 てい 角 かく 狀 じょう ,當 とう 中 ちゅう 氫原子 げんし 位 い 於末端 はし 而氧原子 げんし 則 そく 在 ざい 頂點 ちょうてん 。由 よし 於氧的 てき 電 でん 負 まけ 性 せい 比 ひ 氫高,所以 ゆえん 分子 ぶんし 中有 ちゅうう 氧原子 げんし 的 てき 一 いち 邊 へん 電荷 でんか 會 かい 偏 へん 負 まけ 。帶 おび 這樣一個電荷差的分子被稱為偶極子 こ 。電荷 でんか 差 さ 使 し 得 とく 水 すい 分子 ぶんし 互相吸引 きゅういん (偏 へん 正 せい 電 でん 的 てき 區域 くいき 會 かい 被 ひ 偏 へん 負 まけ 電 でん 的 てき 區域 くいき 吸引 きゅういん ),同時 どうじ 亦 また 使 つかい 它們和 わ 其他極性 きょくせい 分子 ぶんし 互相吸引 きゅういん 。這種吸引 きゅういん 力 りょく 被 ひ 稱 しょう 為 ため 氫鍵 ,它解釋 しゃく 了 りょう 許多 きょた 水 すい 的 てき 特性 とくせい 。某 ぼう 些分子 こ ,如二 に 氧化碳,原子 げんし 間 あいだ 負 まけ 電 でん 性 せい 亦 また 有 ゆう 差異 さい ,但 ただし 不同 ふどう 之 の 處 しょ 在 ざい 於二氧化碳分子形狀成對稱排列,因 いん 此對立 たいりつ 電荷 でんか 會 かい 被 ひ 相互 そうご 抵消。如果將 しょう 電荷 でんか 靠 もたれ 近 きん 小水 しょうすい 柱 ばしら 時 じ 亦 また 可 か 觀察 かんさつ 到 いた 水 みず 的 てき 此一現象 げんしょう ,這現象 げんしょう 會 かい 使 し 水柱 みずばしら 向 こう 電荷 でんか 方向 ほうこう 彎曲 わんきょく 。
水 みず (H2 O)的 てき 摩 ま 尔质量 りょう 为18g·mol⁻¹,即 そく 6.02×1023 个水分子 ぶんし 的 てき 质量为18克 かつ 。重水 じゅうすい (D2 O)是 ぜ 普通 ふつう 水 すい 的 てき 氢原子 げんし 被 ひ 它更重 じゅう 的 てき 同位 どうい 素 もと (氘)所 しょ 取 と 代 だい 而形成 けいせい 的 てき ,摩 ま 尔质量 りょう 为20g·mol⁻¹,其化学 かがく 性 せい 质和普通 ふつう 水 すい 基本 きほん 一致 いっち ,常用 じょうよう 在 ざい 核 かく 反 はん 应堆中 ちゅう 减速中子 なかご 。1933年 ねん ,吉 よし 尔伯特 とく ·牛 うし 顿·刘易斯分 ぶん 离出来 でき 第 だい 一 いち 份纯的 てき 重水 じゅうすい 。超 ちょう 重水 じゅうすい (T2 O)由 ゆかり 两个氚 和 わ 一 いち 個 こ 氧 組成 そせい ,摩 ま 尔质量 りょう 为22g·mol⁻¹,半 はん 衰 おとろえ 期 き 约12年 ねん 。
冰和水 すい 的 てき 密度 みつど 与 あずか 温度 おんど 的 てき 关系
冰的密度 みつど 比 ひ 液 えき 態 たい 水 すい 要 よう “低 てい ”,所以 ゆえん 冰 會 かい 浮在水上 すいじょう 。在 ざい 室溫 しつおん 時 とき ,液 えき 態 たい 水 すい 在 ざい 溫度 おんど 降 くだ 低 ひく 時 とき 密度 みつど 會 かい 增加 ぞうか ,但 ただし 在 ざい 接近 せっきん 冰點的 てき 3.98°C 時 とき ,水 みず 達 たち 到 いた 其最大 だい 密度 みつど ,而且當 とう 水 みず 的 てき 溫度 おんど 繼續 けいぞく 向 こう 冰點下降 かこう ,在 ざい 標準 ひょうじゅん 狀態 じょうたい 下 か 液 えき 態 たい 水 すい 會 かい 膨脹 ぼうちょう ,密度 みつど 並 なみ 因 いん 此會變 へん “低 てい ”。這現象 げんしょう 的 てき 物理 ぶつり 原因 げんいん 跟普通 どおり 冰 的 てき 晶 あきら 體 たい 結構 けっこう 有 ゆう 關 せき ,該結構 けっこう 又 また 被 ひ 稱 しょう 為 ため 六角形 ろっかっけい 。水 みず 、鎵 、鉍 、銻 和 わ 硅 都會 とかい 在 ざい 凝固 ぎょうこ 時 じ 膨脹 ぼうちょう ;其他大部 たいぶ 份材料 りょう 則 のり 收縮 しゅうしゅく 。但 ただし 要注意 ようちゅうい 的 てき 是 ぜ ,並 なみ 不 ふ 是 ぜ 所有 しょゆう 種類 しゅるい 的 てき 冰密度 みつど 都 と 比 ひ 液 えき 態 たい 水 すい 低 てい 。例 れい 如高密度 こうみつど 非 ひ 結晶 けっしょう 冰和 わ 超 ちょう 高密度 こうみつど 非 ひ 結晶 けっしょう 冰的 てき 密度 みつど 都 と 比 ひ 液 えき 態 たい 純 じゅん 水 みず 要 よう 高 だか 。因 よし 此,普通 ふつう 冰密度 みつど 比 ひ 水 すい 低 てい 的 てき 理由 りゆう 並 なみ 不能 ふのう 容易 ようい 地 ち 憑直覺 ちょっかく 所得 しょとく ,而且它跟氫鍵 固有 こゆう 的 てき 不 ふ 尋常 じんじょう 特性 とくせい 有 ゆう 很大的 てき 關係 かんけい 。
總 そう 的 てき 來 らい 說 せつ ,水 みず 在 ざい 凝固 ぎょうこ 時 じ 的 てき 膨脹 ぼうちょう 是 ぜ 由 よし 於其以氫鍵 かぎ 不 ふ 尋常 じんじょう 的 てき 彈性 だんせい 而排成 なり 的 てき 縱列 じゅうれつ 分子 ぶんし 結構 けっこう ,以及能 のう 量 りょう 特別 とくべつ 低 ひく 的 てき 六角形 ろっかっけい 晶 あきら 體 からだ 形態 けいたい (也就是 ぜ 標準 ひょうじゅん 狀態 じょうたい 下 か 所 しょ 採用 さいよう 的 てき 形態 けいたい )。那 な 就是當 とう 水冷 すいれい 卻的時候 じこう ,它嘗試 ためし 在 ざい 晶 あきら 格 かく 形態 けいたい 下成 しもなり 堆 うずたか ,而該晶 あきら 格 かく 會 かい 把 わ 鍵 かぎ 的 てき 旋轉 せんてん 及振動 しんどう 分量 ぶんりょう 拉 ひしげ 長 ちょう ,所以 ゆえん 一个水分子会被邻近的几个分子推挤,這實際 ぎわ 上 じょう 就減少 げんしょう 了 りょう 當 とう 水 みず 在 ざい 標準 ひょうじゅん 狀態 じょうたい 下成 しもなり 冰時的 てき 水密 すいみつ 度 ど ρ ろー 。
這特性 せい 在 ざい 地球 ちきゅう 生態 せいたい 系統 けいとう 中 なか 的 てき 重要 じゅうよう 性 せい 是 ぜ 不言 ふげん 而喻的 てき 。例 れい 如,“如果”水 みず 凝固 ぎょうこ 的 てき 時候 じこう 密度 みつど 較高的 てき 話 ばなし ,極地 きょくち 環境 かんきょう 中 ちゅう 的 てき 湖 みずうみ 泊 とまり 和 かず 海洋 かいよう 最後 さいご 都會 とかい 結成 けっせい 冰(從 したがえ 上 じょう 至 いたり 下 か )。這是因 いん 為 ため 此時冰會沉到湖底 こてい 及河床 ゆか ,而必要 ひつよう 的 てき 升 ます 溫 ゆたか 現象 げんしょう (見 み 下 か 文 ぶん )在 ざい 夏季 かき 時 じ 則 のり 因 いん 暖 だん 水 すい 層 そう 質量 しつりょう 比 ひ 底 そこ 下 か 的 てき 固 かた 態 たい 冰層低 てい 而發生 はっせい 不 ふ 了 りょう 。自然 しぜん 界 かい 的 てき 一個重要特徵就是上述並不會在環境中自然發生。
然 しか 而,冷水 れいすい (在 ざい 相關 そうかん 生物 せいぶつ 系統 けいとう 中 ちゅう 的 てき 一般 いっぱん 自然 しぜん 設定 せってい 下 か )因 いん 氫鍵 而在從 したがえ 冰點以上 いじょう 的 てき 3.98°C所 しょ 開始 かいし 產 さん 生 せい 的 てき 不 ふ 尋常 じんじょう 膨脹 ぼうちょう ,為 ため 淡水 たんすい 生物 せいぶつ 在 ざい 冬季 とうき 提供 ていきょう 了 りょう 一 いち 重要 じゅうよう 的 てき 好 こう 處 しょ 。在 ざい 表面 ひょうめん 上 じょう 被 ひ 冷凍 れいとう 的 てき 水 みず 沉下,形成 けいせい 提供 ていきょう 對流 たいりゅう 的 てき 水流 すいりゅう 並 なみ 冷 ひや 卻整個 こ 水 すい 體 たい ,但 ただし 當 とう 湖水 こすい 到達 とうたつ 4°C 時 とき ,若 わか 繼續 けいぞく 冷 ひや 卻則表面 ひょうめん 水 すい 密度 みつど 降 くだ 低 てい ,形成 けいせい 一 いち 表面 ひょうめん 層 そう ,該層水 すい 最後 さいご 會 かい 凝固 ぎょうこ 成 なり 冰。由 よし 於向下 か 的 てき 冷水 れいすい 流 りゅう 被 ひ 密度 みつど 的 てき 轉變 てんぺん 擋住,冬季 とうき 任 にん 何 なん 由 よし 淡水 たんすい 所 しょ 成 なり 的 てき 大水 おおみず 體 たい 最 さい 冷 ひや 的 てき 水 みず 都會 とかい 在 ざい 表面 ひょうめん 附近 ふきん ,離 はなれ 開 ひらき 湖底 こてい 及河床 かしょう 。這說明 せつめい 了 りょう 多種 たしゅ 不為 ふため 人知 じんち 的 てき 冰性質 しつ ,它們跟湖中 ちゅう 的 てき 冰相關 そうかん 及像二 に 十世紀早期科學家卡夫特(Horatio D. Craft)所 しょ 描述的 てき “跌出湖 みずうみ 的 てき 冰”。
水 みず 在 ざい 不同 ふどう 温度 おんど 下 か 的 てき 密度 みつど [ 7]
温度 おんど (°C)
密度 みつど (g/cm³)
30
0.9957
20
0.9982
10
0.9997
3.98
1.0000
0
0.9998
−10
0.9982
−20
0.9935
−30
0.9839
注 ちゅう :零 れい 度 ど 以下 いか 是 ぜ 过冷水 れいすい 的 てき 密度 みつど 。
水 みず 的 てき 压缩系 けい 数 すう 随 ずい 压强和 わ 温度 おんど 变化。在 ざい 0℃和 わ 0气压情 じょう 况下,水 みず 的 てき 压缩系 けい 数 すう 是 ぜ 5.1×107 bar −1 。[ 8] 随 ずい 着 ぎ 压力的 てき 增大 ぞうだい ,压缩系 けい 数 すう 不断 ふだん 减小,在 ざい 0℃达到3.9×107 bar−1 。水 みず 的 てき 本体 ほんたい 模 も 量 りょう 是 ぜ 2.2×109 Pa 。[ 9] 非 ひ 气体,尤 ゆう 其是水 すい 的 てき 低 てい 可 か 压缩性 せい ,使 つかい 人 じん 们往往错误地认为水 すい 不可 ふか 压缩。水 みず 的 てき 低 てい 可 か 压缩性 せい ,意味 いみ 着 ぎ 即 そく 便 びん 是 ぜ 在 ざい 4000米 めーとる 深 ふか 的 てき 海底 かいてい ,压强达到4×107 Pa,水 みず 的 てき 体 からだ 积也仅仅减少了 りょう 1.8%。[ 9]
質 しつ 子 こ 透過 とうか 水 みず 合 あい 氫離子 こ 和水 わすい 分子 ぶんし 間 あいだ 的 てき 一 いち 系列 けいれつ 氫鍵 進行 しんこう 轉移 てんい 。
不 ふ 包含 ほうがん 任 にん 何 なに 离子 的 てき 水 みず 是 ぜ 优良的 てき 绝缘体 たい ,可 か 即 そく 使 し 是 ぜ 去 さ 离子水 すい 也不是 ぜ 完全 かんぜん 没 ぼつ 有 ゆう 离子的 てき 。水 みず 在 ざい 绝对零 れい 度 ど 以上 いじょう 的 てき 任 にん 何 なん 温度 おんど 下 か 都会 とかい 发生自 じ 偶电离 。由 よし 于水是 ぜ 优良的 てき 溶剂 ,所以 ゆえん 其中总会含有 がんゆう 微量 びりょう 的 てき 溶质 ,多数 たすう 情 じょう 况下为无机盐 。即 そく 使 つかい 很少量的 りょうてき 杂质也会使 し 水 すい 导电,因 いん 为溶于水中 ちゅう 的 てき 盐会电离为自由 じゆう 离子 。水分 すいぶん 子 こ 的 てき 导电过程被 ひ 称 しょう 为格 かく 罗特斯机理 り (Grotthuss mechanism)[ 10] 。
高 こう 纯水在 ざい 饱和压力 下 した 的 てき 电导率 りつ [ 11]
温度 おんど ,°C
电导率 りつ ,μ みゅー S/m
0.01
1.15
25
5.50
100
76.5
200
299
300
241
通常 つうじょう 情 じょう 况下,水 みず 可 か 由 よし 通 どおり 电而分解 ぶんかい 为氢气 和 わ 氧气 两种物 ぶつ 质,此过程 ほど 被 ひ 称 しょう 为电解 。此時水分 すいぶん 电离出 で 的 てき H+ 及OH− 離 はなれ 子 こ ,分別 ふんべつ 向 むかい 陰極 いんきょく 及陽極 ようきょく 移 うつり 动。兩個 りゃんこ H+ 在 ざい 陰極 いんきょく 獲得 かくとく 兩 りょう 電子 でんし 形成 けいせい 氣體 きたい H2 ,而四 よん 個 こ OH− 則 のり 於陽極 ようきょく 結合 けつごう 並 なみ 釋放 しゃくほう 出 で 氧氣、分子 ぶんし 水 すい 及四 よん 個 こ 電子 でんし 。氣體 きたい 生成 せいせい 氣泡 きほう 升 ます 上水 じょうすい 面 めん ,可 か 被 ひ 收集 しゅうしゅう 。已 やめ 知 ち 水 すい 電 でん 阻率的 てき 最大 さいだい 理論 りろん 值於25℃ 時 どき 約 やく 為 ため 182 kΩ おめが ·m2 /m(18.2 MΩ おめが ·cm2 /cm)。此數字 すうじ 與 あずか 超 ちょう 純 じゅん 水 みず 系統 けいとう 逆 ぎゃく 滲透 しんとう 時 どき 觀測 かんそく 到 いた 的 てき 相當 そうとう 一致 いっち ,該系統的 けいとうてき 水 すい 經 けい 超過 ちょうか 濾及去電離 でんり 處理 しょり ,半導體 はんどうたい 製造 せいぞう 廠 しょう 等 とう 會 かい 用 よう 到 いた 。鹽 しお 或 ある 酸 さん 等 とう 污染物 ぶつ 水平 すいへい 即 そく 使 し 超過 ちょうか 一 いち 萬 まん 億 おく 分 ふん 之 の 一 いち (ppt),都會 とかい 使 し 電 でん 阻率水平 すいへい 大幅 おおはば 下降 かこう 達 たち 好 こう 幾 いく 個 こ kΩ おめが ·m2 /m(相等 そうとう 於電導 でんどう 上 じょう 升 ます 幾 いく 百 ひゃく nS /m)。
2
H
2
O
↽
−
−
⇀
2
H
2
+
O
2
{\displaystyle {\ce {2H2O <=> 2H2 + O2}}}
1800年 ねん ,英国 えいこく 化学 かがく 家 か 威 い 廉 かど ·尼 あま 科 か 尔森第 だい 一次使用电解的方法将水分解成为氢气和氧气。1805年 ねん ,约瑟夫 おっと ·路 ろ 易 えき ·盖-吕萨克 かつ 和 わ 亚历山大 やまだい ·冯·洪 ひろし 堡 展示 てんじ 了 りょう 水 すい 是 ぜ 由 よし 两体积的氢和一体积的氧组成。
由 よし 于水的 てき 极性,水 みず 是 ぜ 一 いち 种良好 こう 溶剂。当 とう 离子 或 ある 极性分子 ぶんし 进入水中 すいちゅう ,就会被 ひ 水分 すいぶん 子 こ 立 たて 刻 こく 包 つつみ 围。水 みず 的 てき 相 しょう 对分子 ぶんし 质量使 し 一个溶质分子可以被多个水分子包围。偶極中 ちゅう 偏 へん 負 まけ 電 でん 的 てき 部分 ぶぶん 受溶質 しつ 中 ちゅう 的 てき 正 せい 電 でん 部 ぶ 份吸引 きゅういん ,而偶極 きょく 中 ちゅう 的 てき 正 せい 電 でん 部分 ぶぶん 則 そく 反 はん 之 の 亦 また 然 しか 。
一般 いっぱん 来 らい 说,离子分子 ぶんし 和 わ 极性分子 ぶんし 诸如酸 さん ,酒精 しゅせい ,和 かず 盐类比 ひ 较容易 ようい 溶解 ようかい 在 ざい 水中 すいちゅう ,而非极性分子 ぶんし 如脂类,油 あぶら ,等 とう 有 ゆう 机 つくえ 物 ぶつ 在 ざい 水中 すいちゅう 由 よし 于范德瓦 かわら 耳 みみ 斯力 作用 さよう 而聚集 しゅう 。
一个离子化合物溶质的典型例子是食 しょく 盐 (NaCl),它会在 ざい 水中 すいちゅう 分 ぶん 离为Na+ 阳离子 こ 和 わ Cl− 阴离子 こ ,每 まい 个被水 すい 分子 ぶんし 包 つつみ 围的离子会 かい 从晶 あきら 格 かく 上移 かみうつし 走 はし ,进入溶液 ようえき 。一个非离子溶质的例子是蔗糖 しょとう ,水中 すいちゅう 的 てき 氢离子 こ 与 あずか 蔗糖 しょとう 的 てき -OH基 もと 结合,从而将 はた 蔗糖 しょとう 分子 ぶんし 带入溶液 ようえき 。
在 ざい 化学 かがく 上 じょう ,水 みず 是 ぜ 一种两性物质,即 そく 水 すい 可 か 以同时充当 じゅうとう 酸 さん 和 わ 碱 。当 とう 水 みず 的 てき pH值为7(中性 ちゅうせい )时,氢氧根 ね 离子(OH− )浓度等 とう 于水 みず 合 あい 氢离子 こ (H3 O+ )浓度。当 とう 化学 かがく 平衡 へいこう 被 ひ 破 やぶ 坏时,两种离子的 てき 比例 ひれい 发生变化,而表现出酸性 さんせい 或 ある 碱性。
根 ね 据 すえ 布 ぬの 仑斯惕-劳里酸 さん 碱理论 (Brønsted-Lowry)系 けい 统,酸 さん 被 ひ 解 かい 释为一种在反应中失去质子(一 いち 个 H+ 离子)的 てき 物 ぶつ 质,而碱则是在 ざい 反 はん 应中得 え 到 いた 质子的 てき 物 ぶつ 质。所以 ゆえん 在 ざい 反 はん 应中遇 ぐう 到 いた 强酸 きょうさん ,水 みず 就充当 とう 碱,相反 あいはん ,遇 ぐう 到 いた 强 つよ 碱,水 みず 就充当 とう 酸 さん 。例 れい 如,在 ざい 平衡 へいこう 状 じょう 态中,水 みず 从HCl得 え 到 いた H+ 离子,充当 じゅうとう 碱:
HCl + H2 O ⇌ H3 O+ + Cl−
在 ざい 和 わ 氨水 的 てき 反 はん 应中,H2 O 失 しつ 去 さ H+ 离子,水 みず 充当 じゅうとう 酸 さん :
NH3 + H2 O ⇌ NH4 + + OH−
理 り 论上,在 ざい 298 K温度 おんど 下 か 的 てき 水 みず 的 てき pH 值为7。但 ただし 事 こと 实上,纯水的 てき 制 せい 备是非常 ひじょう 困 こま 难的。暴露 ばくろ 在 ざい 空 そら 气中的 てき 水 みず 会 かい 迅速 じんそく 地 ち 吸收 きゅうしゅう 二 に 氧化碳 ,生成 せいせい 低 てい 浓度的 てき 碳酸 (pH极限值为5.7)。云 うん 滴 しずく 形成 けいせい 以及雨滴 うてき 掉落的 てき 过程中 ちゅう ,水 みず 也会吸收 きゅうしゅう 空 そら 气中CO2 ,因 いん 此大部分 ぶぶん 地球 ちきゅう 上 じょう 的 てき 水 みず 都 と 是 ぜ 弱 じゃく 酸性 さんせい 的 てき 。如果空 そら 气中氮氧化物 ばけもの 和 わ 硫氧化物 ばけもの 含量过高,就会导致酸 さん 雨 う 。
水分 すいぶん 子 こ 的 てき 孤 こ 對 たい 電子 でんし [ 编辑 ]
水 みず 合 あい 氢离子 こ
水分 すいぶん 子 こ 上 じょう 還 かえ 有 ゆう 未成 みせい 鍵 かぎ 的 てき 孤 こ 對 たい 電子 でんし ,能 のう 與 あずか 酸 さん 放出 ほうしゅつ 的 てき 氫離子 こ 結合 けつごう 生成 せいせい 水 みず 合 あい 氫離子 こ ,所以 ゆえん 水 すい 也是一 いち 種 しゅ 路 みち 易 えき 斯鹼 。
H2 O+H+ →H3 O+
儘管水 すい 的 てき 分子 ぶんし 式 しき 一般被認為是分子熱力學的穩定結果,但 ただし 於1995年 ねん 開始 かいし 的 てき 近 ちか 期 き 研究 けんきゅう 指出 さしで 在 ざい 水 みず 的 てき 亞 あ 原子 げんし 量子 りょうし 水平 すいへい 時 じ ,水 みず 表現 ひょうげん 得 とく 較像H3/2 O,而不是 ぜ H2 O。[ 12] 此結果 けっか 可能 かのう 對 たい 生物 せいぶつ 、化學 かがく 及物理 ぶつり 系統 けいとう 裏 うら 的 てき 氫鍵 等 とう 水 みず 平上 たいらかみ 產 さん 生 せい 重要 じゅうよう 的 てき 分 ぶん 支 ささえ 課題 かだい 。實驗 じっけん 指出 さしで 當 とう 中子 なかご 及質 しつ 子 こ 與 あずか 水 みず 碰撞時 じ ,它們的 てき 散 ち 射 い 方式 ほうしき 表明 ひょうめい 它們只 ただ 受1.5:1的 てき 氫氧比率 ひりつ 所 しょ 影響 えいきょう 。然 しか 而,能 のう 觀測 かんそく 到 いた 這反應 おう 的 てき 時間 じかん 段 だん 需以微微 びび 微 ほろ 秒 びょう (10−18 s)來 らい 量 りょう 度 ど ,故 こ 此只與 あずか 被 ひ 高度 こうど 分解 ぶんかい 的 てき 運動 うんどう 及動力 どうりょく 系統 けいとう 有 ゆう 關係 かんけい 。[ 13] [ 14]
水 みず (Water )和 わ 氧烷 (oxidane)是 ぜ 被 ひ 国 くに 际纯粹 いき 与 あずか 应用化学 かがく 联合会 かい 承 うけたまわ 认的正式 せいしき 名称 めいしょう 。另外氧化氢 这个名称 めいしょう 也用来 らい 描述这个分子 ぶんし 。
对水来 らい 说,最 さい 简洁的 てき 系 けい 统命名 めいめい 是 ぜ “氧化氢”。这个命名 めいめい 与 あずか 对相关化合 かごう 物 ぶつ 命名 めいめい 相似 そうじ ,如过氧化 か 氢 、硫化 りゅうか 氢和 わ 氧化氘 (重水 じゅうすい )。另外一个系统名称是氧烷(oxidane),它被用 よう 来 らい 作 さく 为对基 もと 于氧的 てき 相 しょう 关取 と 代 だい 基 もと 系 けい 统命名 めいめい 时的母体 ぼたい 。[ 15] 但 ただし 事 こと 实上,这些取代 だい 基 もと 常常 つねづね 有 ゆう 其他的 てき 推荐名称 めいしょう ,例 れい 如,羟基 (hydroxyl)被 ひ 推荐来 らい 描述-OH集 しゅう 团,而不是 ぜ “oxidanyl”。IUPAC也认为不应该使用 しよう oxane来 らい 描述这个分子 ぶんし ,因 いん 为它已 やめ 经被用 よう 来 らい 描述一 いち 个环醚,也被叫 さけべ 做四 よん 氢吡喃 。相似 そうじ 的 てき 化合 かごう 物 ぶつ 还包括 ほうかつ 二 に 噁烷和 わ 三氧杂环己烷 (trioxane)。
^ 1.0 1.1 維也納 おさめ 標準 ひょうじゅん 平均 へいきん 海水 かいすい (VSMOW)的 てき 熔點在 てんざい 273.1500089(10) K(0.000089(10) °C,沸 にえ 點在 てんざい 373.1339 K(99.9839 °C)
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^ [1] [失效 しっこう 連結 れんけつ ]
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概要 がいよう 水滴 すいてき 狀態 じょうたい 組成 そせい 與 あずか 地球 ちきゅう 關聯 かんれん 與 あずか 外 そと 星 ほし 球 だま 關聯 かんれん 物理 ぶつり 參 さん 數 すう