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IUPAC名
氧烷〔Oxidane〕、水〔Water〕
別名 氧化氫、氫氧化氫、一氧化二氫、氫氧酸
識別
CAS號 7732-18-5
RTECS ZC0110000
性質
化學式 H2O 或 HOH
摩爾質量 18.01524 g·mol⁻¹
外觀 白色固體或近無色微藍透明晶體或液體[1]
密度 1000 kg·m−3 (液,4 °C)
917 kg·m−3 (固)
熔點 °C, 32 °F (273.15 K)[2]
沸點 100 °C, 212 °F (373.15 K)[2]
pKa 15.74
~35-36
pKb 15.74
黏度 0.001 Pa·s, 20 °C
結構
晶體結構 六方
參見
分子構型 角形
偶極矩 1.85 D
危險性
主要危害 水中毒
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
0
0
 
相關物質
相關溶劑 丙酮甲醇
相關化學品 水蒸氣
重水雙氧水
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

化學式H2O)是由兩種元素組成的無機物,在常溫常壓下為無色無味的透明液體。水是地球上最常見的物質之一,是包括人類在內所有生命生存的重要資源,也是生物體最重要的組成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人類很早就開始對水產生了認識,東西方古代樸素的物質觀中都把水視為一種基本的組成元素,水是中國古代五行之一;西方古代的四元素說中也有水。

種類[編輯]

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

不同的學科對水有著一些不同的稱呼:

此外還有:

物理與化學性質[編輯]

水在常溫常壓下為無色無味的透明液體。在自然界,純水是罕見的,水通常多是含有等物質的溶液,習慣上仍然把這種水溶液稱為水。純水可以通過蒸餾作用取得,當然,這也是相對意義上純水,不可能絕對沒有雜質。水是一種可以在液態、氣態和固態之間轉化的物質。

在20℃時,水的熱導率為0.006 J/s·cm·K,冰的熱導率為0.023 J/s·cm·K,在的密度為0.1×103 kg/m3時,雪的熱導率為0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃時最大,為1×103kg/m3,溫度高於3.98℃時,水的密度隨溫度升高而減小,在0~3.98℃時,水不服從熱脹冷縮的規律,密度隨溫度的升高而增加。水在0℃時,密度為0.99987×103 kg/m3,冰在0℃時,密度為0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

水的熱穩定性很強,當水蒸氣加熱到2000K以上時,也只有極少量的水離解為,但水在通電的條件下(電解)會離解為氫和氧。具有很大的內聚力和表面張力,除以外,水的表面張力最大,並能產生較明顯的毛細現象吸附現象。純水有極微弱的導電能力,但普通的水因含有少量電解質(如礦物質、溶解大氣二氧化碳形成的碳酸)而有較強的導電能力。[來源請求]

水的三相點是273.16K(611.73Pa下),臨界點是647K(22.064 MPa下)。在臨界點之上水無法存在液相及固相,而在臨界點之下水蒸氣容易結成液相。

水溶液[編輯]

水溶劑

水可以用來溶解很多種物質,是很好的無機溶劑,用水作溶劑的溶液,即稱為水溶液。用「aq」作為記號,如「HCl(aq)」。

當物質溶解於水時,離子化合物在水中發生電離,以離子態存在,這樣的溶液一般是透明的。當分子溶於水時,有些可以與水發生反應,形成新物質,這些新物質溶解於水中,或者這些分子直接填補水分子間的空隙。這些分子、離子等都是溶質。特別需要注意的是,如果不作特殊說明,「xx溶液」,指的就是"xx"的水溶液。任何含有水的溶液,都必須稱為「xx的水溶液」,即不管溶質於水的比例,只要有水存在,都應該把水當作溶劑

對於大部分物質,它們能在水中溶解的質量是有限度的。這種限度叫做溶解度。有些物質可以和水以任意比例互溶,如乙醇,但絕大多數物質在達到溶解度時,就不再溶解。會形成沉澱或者放出氣體,這種現象叫做析出

還有一種特殊的狀態,叫做膠體。膠體中,粒子的大小在100nm左右,由於電荷的作用不沉澱,懸浮在溶液中。牛奶是一種常見的膠體。

由於被溶解物質(稱作溶質)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澱,成為沉澱膠態溶液。

來源[編輯]

地球是太陽系八大行星之中唯一被液態水所覆蓋的星球。地球上水的起源在學術上存在很大的分歧,目前有幾十種不同的水形成學說。[3]有觀點認為在地球形成初期,原始大氣中的氫、氧化合成水,水蒸氣逐步凝結下來並形成海洋;也有觀點認為,形成地球的星雲物質中原先就存在水的成分。另外的觀點認為,原始地殼矽酸鹽等物質受火山影響而發生反應、析出水分。也有觀點認為,被地球吸引的彗星隕石是地球上水的主要來源[4],甚至現在地球上的水還在不停增加。[來源請求]

自然界中水的來源:

一類是可生成水的化學反應,另一類是否可以在放射性物質作用下生成呢?某些放射性物質釋放的具有某種狀態的氫原子是否能和游離的單質氧分子或一些含有氧元素的物質,其他含有氧原子的物質,奪取其中的氧原子,作用生成水分子呢?

在地球上的分布[編輯]

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

地球表層水體構成了水圈,包括海洋河流湖泊沼澤冰川積雪地下水大氣中的水。由於注入海洋的水帶有一定的鹽分,加上常年的積累蒸發作用,海和大洋裡的水都是鹹水,不能被直接飲用。某些湖泊的水也是含鹽水。世界上最大的水體是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。歐亞大陸上的裏海是最大的鹹水湖

地球上水的體積大約有13,6000,0000立方公里。其中:

  • 海洋佔13,2000,0000立方公里(即或97.1%);
  • 冰川和冰蓋佔2500,0000立方公里(即1.8%);
  • 地下水佔1300,0000立方公里(即1.0%);
  • 河流、湖泊以及內陸海里的淡水佔25,0000立方公里(即0.0018%);
  • 大氣中的水蒸氣在任何已知的時候都佔13000立方公里(即0.0001%)。

意義與影響[編輯]

對氣候[編輯]

水對氣候具有調節作用。大氣中的水氣能阻擋地球輻射量的60%,保護地球不致冷卻。海洋和陸地水體夏季能吸收和積累熱量,使氣溫不致過高;在冬季則能緩慢地釋放熱量,使氣溫不致過低。

海洋地表中的水蒸發到天空中形成了,雲中的水通過降水落下來變成,零度以下則變成。落於地表上的水滲入地下形成地下水;地下水又從地層里冒出來,形成泉水,經過小溪、江河匯入大海。形成一個水循環

雨雪等降水活動對氣候形成重要的影響。在溫帶季風性氣候中,季風帶來了豐富的水氣,形成明顯的乾濕兩季。

此外,在自然界中,由於不同的氣候條件,水還會以冰雹露水等形態出現並影響氣候和人類的活動。

對地貌[編輯]

地球表面有71%被水覆蓋,從空中來看,地球是個藍色的星球。水侵蝕岩石土壤,沖淤河道,夾帶泥沙,營造平原,改變地表形態。

對生物[編輯]

有學說認為,地球上的生命最初是在水中出現的。水是所有生物體的重要組成部分。人體中水佔70%;而水母中98%都是水。水中生活著大量的水生植被水生生物

水有利於部分生物化學反應的進行,如動物消化作用植物光合作用。在生物體內還起到運輸物質的作用,如血液中的血漿絕大部分都是水,有助於體內營養的傳輸。由於可以透過蒸發而降低溫度,因此水對於維持生物體溫度的穩定起很大作用,如動物汗液植物蒸騰作用

水的氫鍵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。

對人類社會[編輯]

水是人類生活的重要資源,一天必需攝取2~3公升的水,並提供人們日常生活用水和工農業生產用水,特別是農業需要大量水進行灌溉。人類文明的起源大多都在大河流域,早期城市一般都在水邊建立,以解決灌溉、飲用和排污問題。在人類日常生活中,水在飲用、清潔、洗滌等方面的作用不可或缺。

隨著科學技術的發展,人們興修水利,與水澇害洪水等自然災害作鬥爭。因此形成了一些專門與水有關的研究領域,如水力學水文科學水處理等,甚而產生了以水為生的產業水產業

水資源[編輯]

飲用水
水龍頭中流出的飲用水

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。

地球上水總儲量約為1.36x1018m3,但除去海洋等鹹水資源外,只有2.5%為淡水。淡水又主要以冰川和深層地下水的形式存在,河流和湖泊中的淡水僅佔世界總淡水的0.3%。

世界氣象組織於1996年初指出:缺水是全世界城市面臨的首要問題,估計到2050年,全球有46%的城市人口將面臨著缺水問題。對於水資源稀少的地區來說,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。

為了讓全世界都關心淡水資源短缺的問題,第47屆聯合國大會決定將每年3月22日定為「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[編輯]

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[編輯]

人類生活和生產的方方面面都要使用到水資源。

儲存[編輯]

  • 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[編輯]

  • 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,例如廢水的回收與再使用、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)、大力推廣農業滴灌種植技術。
  • 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[編輯]

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資源

污染[編輯]

污水處理廠

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,生物若飲用潔淨的水,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。為了解決這一問題,污水處理水污染控制措施就變得十分必要。

水文化[編輯]

水在科學哲學宗教文學美術體育神話等中都有所體現。

古代世界觀中的水[編輯]

在文明的早期,人們開始探討世界各種事物的組成或者分類,水在其中扮演了重要角色。古代西方提出的四元素說中就有水;佛教中的四大種也有水;中國古代的五行學說中水代表了所有的液體,以及具有流動、潤濕、陰柔性質的事物。

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,處於大眾討厭的位置,去充滿低洼之地,所以就接近於道了。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[編輯]

在從前,古人對於水兼有養育與毀滅能力、不可捉摸的性情,產生了又愛又怕的感情,而導致了水崇拜的出現。通過賦予水以神的靈性,祈禱水給人類帶來豐收和幸福。

中國傳統上的龍王就是對水的神格化。凡有水域水源處皆有龍王,龍王廟、堂遍及全國各地。祭龍王祈雨是中國傳統的信仰習俗。

參考文獻[編輯]

  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. ^ 視頻:地球上的水是從哪裡來的?. 優酷. 
  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).

參看[編輯]

外部連結[編輯]