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IUPAC名
氧烷〔Oxidane〕、水〔Water〕
别名 氧化氢、氢氧化氢、一氧化二氢、氢氧酸
识别
CAS号 7732-18-5
RTECS ZC0110000
性质
化学式 H2O 或 HOH
摩尔质量 18.01524 g·mol⁻¹
外观 白色固体或近无色微蓝透明晶体或液体[1]
密度 1000 kg·m−3 (液,4 °C)
917 kg·m−3 (固)
熔点 °C, 32 °F (273.15 K)[2]
沸点 100 °C, 212 °F (373.15 K)[2]
pKa 15.74
~35-36
pKb 15.74
黏度 0.001 Pa·s, 20 °C
结构
晶体结构 六方
参见
分子构型 角形
偶极矩 1.85 D
危险性
主要危害 水中毒
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
0
0
 
相关物质
相关溶剂 丙酮甲醇
相关化学品 水蒸气
重水双氧水
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

化学式H2O)是由两种元素组成的无机物,在常温常压下为无色无味的透明液体。水是地球上最常见的物质之一,是包括人类在内所有生命生存的重要资源,也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识,东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素,水是中國古代五行之一;西方古代的四元素说中也有水。

種类[编辑]

水的三態:液態海水)、固態冰山)和氣態(看不見的水蒸气)。圖中的則是聚集在大氣層上的水滴集合體。
水的漣漪

不同的学科对水有着一些不同的称呼:

此外还有:

物理与化学性质[编辑]

水在常温常压下为无色无味的透明液体。在自然界,纯水是罕见的,水通常多是含有等物质的溶液,习惯上仍然把这种水溶液称为水。纯水可以通过蒸馏作用取得,当然,这也是相对意义上纯水,不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。

在20℃时,水的热导率为0.006 J/s·cm·K,冰的热导率为0.023 J/s·cm·K,在的密度为0.1×103 kg/m3时,雪的热导率为0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃时最大,为1×103kg/m3,温度高于3.98℃时,水的密度随温度升高而减小,在0~3.98℃时,水不服从热胀冷缩的规律,密度随温度的升高而增加。水在0℃时,密度为0.99987×103 kg/m3,冰在0℃时,密度为0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

水的热稳定性很强,当水蒸气加热到2000K以上时,也只有极少量的水离解为,但水在通电的条件下(电解)会离解为氢和氧。具有很大的内聚力和表面张力,除以外,水的表面张力最大,并能产生较明显的毛细现象吸附现象。纯水有极微弱的导电能力,但普通的水因含有少量电解质(如矿物质、溶解大气二氧化碳形成的碳酸)而有较强的导电能力。[來源請求]

水的三相点是273.16K(611.73Pa下),临界点是647K(22.064 MPa下)。在临界点之上水无法存在液相及固相,而在临界点之下水蒸汽容易结成液相。

水溶液[编辑]

水溶劑

水可以用来溶解很多种物质,是很好的无机溶剂,用水作溶劑的溶液,即称为水溶液。用“aq”作为记号,如“HCl(aq)”。

当物质溶解于水时,离子化合物在水中发生电离,以离子态存在,这样的溶液一般是透明的。当分子溶于水时,有些可以与水发生反应,形成新物质,这些新物质溶解于水中,或者这些分子直接填补水分子间的空隙。这些分子、离子等都是溶质。特别需要注意的是,如果不作特殊说明,“xx溶液”,指的就是"xx"的水溶液。任何含有水的溶液,都必须称为“xx的水溶液”,即不管溶质于水的比例,只要有水存在,都应该把水当作溶剂

对于大部分物质,它们能在水中溶解的质量是有限度的。这种限度叫做溶解度。有些物质可以和水以任意比例互溶,如乙醇,但绝大多数物质在达到溶解度时,就不再溶解。会形成沉淀或者放出气体,这种现象叫做析出

还有一种特殊的状态,叫做膠體。胶体中,粒子的大小在100nm左右,由于电荷的作用不沉淀,悬浮在溶液中。牛奶是一种常见的胶体。

由於被溶解物質(稱作溶质)的顆粒大小和溶解度不同,水溶液的透明度會有所不同,較透明的稱作真溶液,較混濁的稱作膠態溶液(又稱假溶液),有些膠態溶液還會進一步在底部形成沉淀,成為沉淀膠態溶液。

来源[编辑]

地球是太阳系八大行星之中唯一被液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧,目前有几十种不同的水形成学说。[3]有观点认为在地球形成初期,原始大气中的氢、氧化合成水,水蒸气逐步凝结下来并形成海洋;也有观点认为,形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。另外的观点认为,原始地壳矽酸鹽等物质受火山影响而发生反應、析出水分。也有观点认为,被地球吸引的彗星隕石是地球上水的主要来源[4],甚至现在地球上的水还在不停增加。[來源請求]

自然界中水的来源:

一类是可生成水的化学反应,另一类是否可以在放射性物质作用下生成呢?某些放射性物质释放的具有某种状态的氢原子是否能和游离的单质氧分子或一些含有氧元素的物质,其他含有氧原子的物质,夺取其中的氧原子,作用生成水分子呢?

在地球上的分布[编辑]

各種型態的水在地球上的分布情形
各種型態的水在地球上的分布情形

地球表层水体构成了水圈,包括海洋河流湖泊沼泽冰川积雪地下水大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分,加上常年的积累蒸发作用,海和大洋裡的水都是咸水,不能被直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的裏海是最大的鹹水湖

地球上水的体积大約有13,6000,0000立方公里。其中:

  • 海洋占13,2000,0000立方公里(即或97.1%);
  • 冰川和冰盖占2500,0000立方公里(即1.8%);
  • 地下水占1300,0000立方公里(即1.0%);
  • 河流、湖泊以及內陆海里的淡水占25,0000立方公里(即0.0018%);
  • 大气中的水蒸气在任何已知的時候都占13000立方公里(即0.0001%)。

意义与影响[编辑]

对气候[编辑]

水对氣候具有调节作用。大气中的水汽能阻挡地球辐射量的60%,保护地球不致冷却。海洋和陆地水體夏季能吸收和积累热量,使气温不致过高;在冬季则能缓慢地释放热量,使气温不致过低。

海洋地表中的水蒸发到天空中形成了,云中的水通过降水落下来变成,零度以下则变成。落于地表上的水渗入地下形成地下水;地下水又从地层里冒出来,形成泉水,经过小溪、江河汇入大海。形成一个水循环

雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。在温带季风性气候中,季风带来了丰富的水气,形成明显的干湿两季。

此外,在自然界中,由于不同的气候条件,水还会以冰雹露水等形态出现并影响气候和人类的活动。

对地貌[编辑]

地球表面有71%被水覆盖,从空中来看,地球是个蓝色的星球。水侵蚀岩石土壤,冲淤河道,夹带泥沙,营造平原,改变地表形态。

对生物[编辑]

有學說認為,地球上的生命最初是在水中出现的。水是所有生物体的重要组成部分。人体中水占70%;而水母中98%都是水。水中生活着大量的水生植被水生生物

水有利于部分生物化学反应的进行,如動物消化作用植物光合作用。在生物体内还起到运输物质的作用,如血液中的血浆絕大部分都是水,有助於體內营养的傳輸。由於可以透過蒸發而降低溫度,因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用,如动物汗液植物蒸腾作用

水的氢键使水成為特優的吸熱能力,水將大部份所吸收的熱,用來打斷氫鍵,因此不會增加液體的溫度,而水的比熱容在25℃時,大約是4200J kg-1 K-1,比其它液體普遍較高。因為有此項特質,生活在水中的有機體能得到水的保護,而不會因空氣中溫度的急遽變化而有致命的危險。

对人类社会[编辑]

水是人类生活的重要资源,一天必需攝取2~3公升的水,並提供人们日常生活用水和工农业生产用水,特别是农业需要大量水进行灌溉。人类文明的起源大多都在大河流域,早期城市一般都在水边建立,以解决灌溉、饮用和排污问题。在人类日常生活中,水在饮用、清洁、洗涤等方面的作用不可或缺。

随着科学技术的发展,人们兴修水利,与水涝害洪水等自然灾害作斗争。因此形成了一些专门与水有关的研究领域,如水力学水文科学水处理等,甚而产生了以水为生的产业水產業

水資源[编辑]

飲用水
水龍頭中流出的饮用水

水是地球上的任何生物、生命體的必需物質,缺水的土壤便無法孕育生物,淡水更是灌溉與孕育陸地生物的必要元素,淡水的來源、節約、儲存、利用是全球的重要議題。

地球上水总储量约为1.36x1018m3,但除去海洋等咸水资源外,只有2.5%为淡水。淡水又主要以冰川和深层地下水的形式存在,河流和湖泊中的淡水仅占世界总淡水的0.3%。

世界气象组织于1996年初指出:缺水是全世界城市面临的首要问题,估计到2050年,全球有46%的城市人口将面临着缺水问题。對於水资源稀少的地區來說,水已經超出生活資源的範圍,而成為戰略資源,由於水資源的稀有性,水戰爭爆發的可能性越來越高。

为了让全世界都关心淡水资源短缺的问题,第47届联合国大会决定将每年3月22日定为“世界水日”。

早期人們會抽取使用地下水,然而使用地下水會造成地層下陷並破壞地底結構,造成無法回復的永久性破壞,亦有可能阻斷地下水,在許多地方人們禁止使用地下水,以避免各種永久性的損害。

海水淡化是其一種對策,但由於耗用能量過高及成本過高,多數海水淡化廠在建成後不久就因資金不足被迫關閉。在杜拜這個乾旱但富裕的地方,則利用這個方法取得淡水。

來源[编辑]

淡水水資源的主要來源包括雨水水、水、海水淡化地下水等。

功用[编辑]

人类生活和生产的方方面面都要使用到水資源。

儲存[编辑]

  • 河流湖泊水庫儲存。
  • 汙水回收淨化後儲存。
  • 水的收集儲存。
  • 海水淡化後儲存。
  • 水資源的儲水、供水、分配和調節亦是全球的重要議題。

節約[编辑]

  • 生物的生活與水資源息息相關,然而在水資源的節約上,有很多的議題,例如廢水的回收与再使用、都市污水處理系統、雨水收集使用、各式省水器具(省水馬桶等)、大力推广农业滴灌种植技术。
  • 水資源對於生物如此重要,水資源的節約是全球相當重要性的議題。

造水[编辑]

水對生命是這麼的重要,人類嘗試著根據水的基本特性以物理科學化學能量等各種方式來造水以增加水资源

污染[编辑]

污水处理厂

水污染即水體因某種物質的介入,而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特徵的改變,從而影響水的有效利用,危害人體健康或者破壞生態環境。 水體中,最重要的指數是溶解氧。外來物質進入水體後,可以被微生物分解,被溶解氧氧化,這都要消耗一定的溶解氧,這叫做水體的「自淨能力」,如果外來物質太多,溶解氧被完全消耗,就是超過了水體的自淨能力,水中生物會因缺氧而窒息死亡或中毒,這就是污染狀態。

污染的水若被生物飲用或灌溉,會嚴重的損害生物的健康,造成生物體被破壞、衰弱、生成疾病,嚴重者即失去生命。換言之,生物若飲用洁淨的水,可保持健康、促進循環。因此避免水污染在全球是個重要的議題。为了解决这一问题,污水處理水污染控制措施就变得十分必要。

水文化[编辑]

水在科学哲学宗教文学美术体育神话等中都有所体现。

古代世界观中的水[编辑]

在文明的早期,人们开始探讨世界各种事物的组成或者分类,水在其中扮演了重要角色。古代西方提出的四元素说中就有水;佛教中的四大種也有水;中国古代的五行学说中水代表了所有的液体,以及具有流动、润湿、阴柔性质的事物。

老子》第八章以水比喻最高的道德標準:「上善若水。水善利萬物而不爭,處眾人之所惡,故幾於道。」水滋潤大地萬物,卻不爭奪顯赫的位置,处于大众讨厌的位置,去充滿低洼之地,所以就接近于道了。第七十八章又說:「天下柔弱莫過於水,而攻堅強者莫之能勝,以其無以易之。」指出柔弱勝剛強的道理。

水崇拜[编辑]

在從前,古人对于水兼有养育与毁灭能力、不可捉摸的性情,产生了又爱又怕的感情,而导致了水崇拜的出现。通过赋予水以神的灵性,祈祷水给人类带来丰收和幸福。

中国传统上的龙王就是对水的神格化。凡有水域水源处皆有龙王,龙王庙、堂遍及全国各地。祭龙王祈雨是中国传统的信仰习俗。

参考文献[编辑]

  1. ^ Braun, Charles L.; Sergei N. Smirnov. Why is water blue? (HTML). J. Chem. Educ. 1993, 70 (8): 612. Bibcode:1993JChEd..70..612B. doi:10.1021/ed070p612. 
  2. ^ 2.0 2.1 Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW), used for calibration, melts at 273.1500089(10) K (0.000089(10) °C, and boils at 373.1339 K (99.9839 °C)
  3. ^ 视频:地球上的水是从哪里来的?. 优酷. 
  4. ^ Morbidelli A., Chambers J., Lunine J. I., Petit J. M., Robert F., Valsecchi G. B. "Source regions and time scales for the delivery of water to Earth". Meteoritics & Planetary Science, vol. 35, no. 6, pp. 1309-1320 (2000).

参看[编辑]

外部链接[编辑]