水性质表

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

此页面给出水的性質的补充数据。除非另有说明,否则数据均在标准状况测得。

结构和性质[编辑]

结构和性质
折射率, nD 1.333(20 °C)
相对电容率[1]

88.00(0 °C)
86.04(5 °C)
84.11(10 °C)
82.22(15 °C)
80.36(20 °C)
78.54(25 °C)
76.75(30 °C)
75.00(35 °C)
73.28(40 °C)
71.59(45 °C)
69.94(50 °C)
66.74(60 °C)
63.68(70 °C)
60.76(80 °C)
57.98(90 °C)
55.33(100 °C)

键能 492.215 kJ/mol O–H键离解能[2]
键长 95.87 pm(平衡)[3]
分子结构 104.48°(平衡)[4][5]
磁化率 −9.04 × 10−6国际单位制体积单位[6]

热力学性质[编辑]

相特性
三相点 273.16 K(0.01 °C),611.73 Pa
临界点 647 K(374 °C),22.1 MPa
273.15 K熔化焓,ΔH 6.01 kJ/mol
273.15 K,1 bar熔化熵,ΔS 22.0 J/(mol·K)
标准汽化焓,ΔHo 44.0 kJ/mol
373.15 K汽化焓,ΔH 40.68 kJ/mol
标准汽化熵,ΔSo 118.89 J/(mol·K)
373.15 K汽化熵,ΔS 109.02 J/(mol·K)
273.15 K升华焓,ΔH 51.1 kJ/mol
273.15 K,1 bar标准升华熵,ΔS ~144 J/(mol·K)
摩尔凝固点常数 −1.858 °C kg/mol
摩尔沸点常数 0.512 °C kg/mol
固态性质
标准摩尔生成焓,ΔfHo −291.83 kJ/mol
标准摩尔熵So 41 J/(mol K)
熱容量cp 12.2 J/(mol K)(−200 °C)
15.0 J/(mol K)(−180 °C)
17.3 J/(mol K)(−160 °C)
19.8 J/(mol K)(−140 °C)
24.8 J/(mol K)(−100 °C)
29.6 J/(mol K)(−60 °C)
32.77 J/(mol K)(−38.3 °C)
33.84 J/(mol K)(−30.6 °C)
35.20 J/(mol K)(−20.8 °C)
36.66 J/(mol K)(−11.0 °C)
37.19 J/(mol K)(−4.9 °C)
37.84 J/(mol K)(−2.2 °C)
液态性质
标准摩尔生成焓,ΔfHo −285.83 kJ/mol
标准摩尔熵So 69.95 J/(mol K)
熱容量cp 75.97 J/(mol K),4.2176 J/(g·K)(0 °C)
75.42 J/(mol K),4.1921 J/(g·K)(10 °C)
75.33 J/(mol K),4.1818 J/(g·K)(20 °C)
75.28 J/(mol K),4.1814 J/(g·K)(25 °C)
75.26 J/(mol K),4.1784 J/(g·K)(30 °C)
75.26 J/(mol K),4.1785 J/(g·K)(40 °C)
75.30 J/(mol K),4.1806 J/(g·K)(50 °C)
75.37 J/(mol K),4.1843 J/(g·K)(60 °C)
75.46 J/(mol K),4.1895 J/(g·K)(70 °C)
75.58 J/(mol K),4.1963 J/(g·K)(80 °C)
75.74 J/(mol K),4.2050 J/(g·K)(90 °C)
75.94 J/(mol K),4.2159 J/(g·K)(100 °C)
气态性质
标准摩尔生成焓,ΔfHo −241.83 kJ/mol
标准摩尔熵So 188.84 J/(mol K)
熱容量cp 36.5 J/(mol K)(100 °C)
36.1 J/(mol K)(200 °C)
36.2 J/(mol K)(400 °C)
37.9 J/(mol K)(700 °C)
41.4 J/(mol K)(1000 °C)
熱容量cv 27.5 J/(mol K)(100 °C)
27.6 J/(mol K)(200 °C)
27.8 J/(mol K)(400 °C)
29.5 J/(mol K)(700 °C)
33.1 J/(mol K)(1000 °C)
绝热指数
γ = cp/cv
1.324(100 °C)
1.310(200 °C)
1.301(400 °C)
1.282(700 °C)
1.252(1000 °C)
范德瓦耳斯常数 a = 553.6 L2 kPa/mol2
b = 0.03049 L/mol

液体物理性质[编辑]

纯水的表面张力与温度的关系
冰和水的密度与温度的关系
水中的声速
25 °C蒸馏水 1498 m/s
其它温度[7] 1403 m/s(0 °C)
1427 m/s(5 °C)
1447 m/s(10 °C)
1481 m/s(20 °C)
1507 m/s(30 °C)
1526 m/s(40 °C)
1541 m/s(50 °C)
1552 m/s(60 °C)
1555 m/s(70 °C
1555 m/s(80 °C)
1550 m/s(90 °C)
1543 m/s(100 °C)
密度[8][9]
0.983854 g/cm3 (−30 °C) 0.99221 g/cm3(40 °C)
0.993547 g/cm3 (−20 °C) 0.99022 g/cm3(45 °C)
0.998117 g/cm3 (−10 °C) 0.98804 g/cm3(50 °C)
0.9998395 g/cm3(0 °C)
0.999972 g/cm3(3.984 °C)[10] 0.98570 g/cm3(55 °C)
0.9999720 g/cm3(4 °C) 0.98321 g/cm3(60 °C)
0.99996 g/cm3(5 °C) 0.98056 g/cm3(65 °C)
0.9997026 g/cm3(10 °C) 0.97778 g/cm3(70 °C)
0.9991026 g/cm3(15 °C) 0.97486 g/cm3(75 °C)
0.9982071 g/cm3(20 °C) 0.97180 g/cm3(80 °C)
0.9977735 g/cm3(22 °C) 0.96862 g/cm3(85 °C)
0.9970479 g/cm3(25 °C) 0.96531 g/cm3(90 °C)
0.9956502 g/cm3(30 °C) 0.96189 g/cm3(95 °C)
0.99403 g/cm3(35 °C) 0.95835 g/cm3(100 °C)
温度低于0 °C时为过冷水。
黏度[11]
1.7921 mPa·s (cP)(0 °C)
1.5188 mPa·s(5 °C) 0.5064 mPa·s(55 °C)
1.3077 mPa·s(10 °C) 0.4688 mPa·s(60 °C)
1.1404 mPa·s(15 °C) 0.4355 mPa·s(65 °C)
1.0050 mPa·s(20 °C) 0.4061 mPa·s(70 °C)
0.8937 mPa·s(25 °C) 0.3799 mPa·s(75 °C)
0.8007 mPa·s(30 °C) 0.3635 mPa·s(80 °C)
0.7225 mPa·s(35 °C) 0.3355 mPa·s(85 °C)
0.6560 mPa·s(40 °C) 0.3165 mPa·s(90 °C)
0.5988 mPa·s(45 °C) 0.2994 mPa·s(95 °C)
0.5494 mPa·s(50 °C) 0.2838 mPa·s(100 °C)
表面张力[12]
75.64 dyn/cm(0 °C) 69.56 dyn/cm(40 °C)
74.92 dyn/cm(5 °C) 68.74 dyn/cm(45 °C)
74.22 dyn/cm(10 °C) 67.91 dyn/cm(50 °C)
73.49 dyn/cm(15 °C) 66.18 dyn/cm(60 °C)
72.75 dyn/cm(20 °C) 64.42 dyn/cm(70 °C)
71.97 dyn/cm(25 °C) 62.61 dyn/cm(80 °C)
71.18 dyn/cm(30 °C) 60.75 dyn/cm(90 °C)
70.38 dyn/cm(35 °C) 58.85 dyn/cm(100 °C)
高纯水在饱和压力下的电导率[13]
温度,°C 电导率,μS/m
0.01 1.15
25 5.50
100 76.5
200 299
300 241

水/蒸气平衡性质[编辑]

蒸气与液态水平衡的蒸气压公式[14]

其中P为平衡水汽压,单位为kPaT为温度,单位为K

T = 273 K至333 K:A = 7.2326;B = 1750.286;C = 38.1。

T = 333 K至423 K:A = 7.0917;B = 1668.21;C = 45.1。

水蒸气表[15]
温度
(°C)
压强
(kPa)
液体H
(J/g)
ΔH
(J/g)
W
(J/g)
蒸气ρ
(kg/m3
0 0.612 0.00 2496.5 126.0 0.004845
10 1.227 42.0 2473.5 130.5 0.009398
20 2.336 83.8 2450.9 135.1 0.01728
30 4.242 125.6 2427.9 139.7 0.03036
40 7.370 167.2 2404.9 144.2 0.05107
50 12.33 209.0 2381.4 148.7 0.08285
60 19.90 250.8 2357.6 153.0 0.1300
70 31.15 292.7 2332.9 157.3 0.1979
80 46.12 334.6 2307.7 161.5 0.2931
90 70.10 376.6 2282.6 165.5 0.4232
100 101.32 419.0 2256.3 169.4 0.5974
110 143.27 460.8 2229.5 173.1 0.8264
120 198.50 503.2 2201.4 176.7 1.121
130 270.13 545.8 2172.5 180.2 1.497
140 361.4 588.5 2142.8 183.2 1.967
150 476.0 631.5 2111.8 186.1 2.548
160 618.1 674.7 2080.0 188.7 3.263
170 792.0 718.5 2047.0 190.6 4.023
180 1002.7 762.5 2012.2 192.8 5.165
190 1254.9 807.0 1975.8 194.5 6.402
200 1554.3 851.9 1937.3 195.6 7.868
210 1907.9 897.5 1897.5 196.3 9.606
221.1 2369.8 948.5 1850.2 196.6 11.88
229.4 2769.6 987.9 1812.5 196.2 13.87
240.6 3381.1 1040.6 1759.4 195.1 16.96
248.9 3904.1 1080.3 1715.8 193.7 19.66
260.0 4695.9 1134.8 1653.9 190.8 23.84
271.1 5603.4 1195.9 1586.5 186.9 28.83
279.4 6366.5 1240.7 1532.5 183.3 33.18
290.6 7506.2 1302.3 1456.3 177.4 39.95
298.9 8463.9 1350.0 1394.8 172.2 45.93
310.0 9878.0 1415.7 1307.7 164.2 55.25
321.1 11461 1483.9 1212.7 154.5 66.58
329.4 12785 1537.9 1133.2 145.6 76.92
340.6 14727 1617.9 1007.6 130.9 94.25
348.9 16331 1687.0 892.0 117.0 111.5
360.0 18682 1797.0 694.0 91.0 145.3
371.1 21349 1968.3 365.0 47.0 214.5
374.4 22242 2151.2 0 0 306.8
温度
(°C)
压强
(kPa)
液体H
(J/g)
ΔH
(J/g)
W
(J/g)
蒸气ρ
(kg/m3

上表中的数据给出了在液态水可存在的温度范围内各种温度下的水-蒸气平衡值。第二列给出平衡压强,单位为kPa。第三列是每克液体相对于0℃水的热含量。第四列是每克液体的汽化热。第五列是每克液体变成蒸汽所做的功PΔV。第六列是蒸气的密度。

各种压强下冰的熔点[编辑]

数据取自第44版《CRC化学和物理手册》第2390页。

压强/kPa 温度/°C
101.325 0.0
32950 −2.5
60311 −5.0
87279 −7.5
113267 −10.0
138274 −12.5
159358 −15.0
179952 −17.5
200251 −20.0
215746 −22.1

冰的各种形式[编辑]

各种形式的的性质[16]
冰的
形式
密度
g/cm3
晶体
结构
三相点 三相温度
°C
三相压强
MPa
Ih 0.92 六方晶系 液、气、Ih 0.01 0.000612
液、Ih、III −22.0 207.5
Ih、II、III −34.7 212.9
Ic 0.92 立方晶系
II 1.17 六方晶系 Ih、II、III −34.7 212.9
II、III、V −24.3 344.3
II、V、VI −55(估计) 620
III 1.14 四方晶系 液、Ih、III −22.0 207.5
液、III、V −17 346.3
Ih、II、III −34.7 212.9
II、III、V −24.3 344.3
IV 1.27 菱面体晶系
V 1.23 单斜晶系 液、III、V −17 346.3
液、V、VI 0.16 625.9
II、III、V −24.3 344.3
II、V、VI −55(估计) 620
VI 1.31 四方晶系 液、V、VI 0.16 625.9
液、VI、VII 81.6 2200
II、V、VI −55(估计) 620
VI、VII、VIII ≈5 2100
VII 1.50 立方晶系 液、VI、VII 81.6 2200
VI、VII、VIII ≈5 2100
VII、VIII、X −173 62000
VIII 1.46 四方晶系 VI、VII、VIII ≈5 2100
VII、VIII、X −173 62000
IX 1.16 四方晶系
X 2.46 立方晶系 VII、VIII、X −173 62000
XI 0.92 正交晶系 气、Ih、XI −201.5 0(预期)
XII 1.29 四方晶系
XIII 1.23 单斜晶系
XIV 1.29 正交晶系

XI三相点理论上存在,但从未有实验可得。

相图[编辑]

水的压强-温度相图罗马数字表示不同形式的

氯化钠的水溶液[编辑]

水-氯化钠相图
水-氯化钠混合物的性质[17]
NaCl,wt% Teq,°C ρ,g/cm3 n η,mPa·s
0 0 0.99984 1.333 1.002
0.5 −0.3 1.0018 1.3339 1.011
1 −0.59 1.0053 1.3347 1.02
2 −1.19 1.0125 1.3365 1.036
3 −1.79 1.0196 1.3383 1.052
4 −2.41 1.0268 1.34 1.068
5 −3.05 1.034 1.3418 1.085
6 −3.7 1.0413 1.3435 1.104
7 −4.38 1.0486 1.3453 1.124
8 −5.08 1.0559 1.347 1.145
9 −5.81 1.0633 1.3488 1.168
10 −6.56 1.0707 1.3505 1.193
12 −8.18 1.0857 1.3541 1.25
14 −9.94 1.1008 1.3576 1.317
16 −11.89 1.1162 1.3612 1.388
18 −14.04 1.1319 1.3648 1.463
20 −16.46 1.1478 1.3684 1.557
22 −19.18 1.164 1.3721 1.676
23.3 −21.1
23.7 −17.3
24.9 −11.1
26.1 −2.7
26.28 0
26.32 10
26.41 20
26.45 25
26.52 30
26.67 40
26.84 50
27.03 60
27.25 70
27.5 80
27.78 90
28.05 100

注:ρ为密度,n为589 nm光的折射率,η为黏度,均在20 °C测定;Teq<0–0.1°C时为冰/液态水溶解平衡温度,Teq>0.1 °C时为氯化钠/液态水溶解平衡温度。

自电离[编辑]

Temperature dependence water ionization.svg

°C  −35   0   25   60   300 (~50 MPa)
pKw[18]  17   14.9   14.0   13.0   12 

光谱数据[编辑]

红外线
主要吸收波段[19]
气态: ν1 = 3657.05, ν2 = 1594.75, ν3 = 3755.93 cm−1
液态: ν1 = 3280, ν2 = 1644, ν3 = 3490 cm−1
六方冰: ν1 = 3085, ν2 = 1650, ν3 = 3220 cm−1
核磁共振波谱
核磁共振氢谱  D2O:4.79 ppm;CDCl3:1.56 ppm;C6D6:0.40 ppm;CD3OD:4.87 ppm[20]
13碳核磁共振  无

自扩散系数[编辑]

各温度下实验所得自擴散系数[21]
温度(°C) 系数(10−9 m2/s)
0 1.099
1 1.138
4 1.261
5 1.303
10 1.525
15 1.765
20 2.023
25 2.299
30 2.594
35 2.907
40 3.238
45 3.588
50 3.956
56 4.423
60 4.748
70 5.615
80 6.557
90 7.574
100 8.667

磁化率[编辑]

20 °C(室温)下公认的水的磁化率标准值为−12.97 cm3/mol,−0.702 cm3/g[22]

不同温度下水的磁化率[22]
同位素异构体英语Isotopolog
及其状态
温度
(K)
磁化率
(cm3/mol)
H2O(g) >373 −13.1
H2O(l) 373 −13.09
H2O(l) 293 −12.97
H2O(l) 273 −12.93
H2O(s) 273 −12.65
H2O(s) 223 −12.31
DHO(l) 302 −12.97
D2O(l) 293 −12.76
D2O(l) 276.8 −12.66
D2O(s) 276.8 −12.54
D2O(s) 213 −12.41

参考资料[编辑]

  1. ^ Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics 85. CRC Press. 2004: 6–15. ISBN 0-8493-0485-7. 
  2. ^ Maksyutenko, Pavlo; Rizzo, Thomas R.; Boyarkin, Oleg V. A direct measurement of the dissociation energy of water. The Journal of Chemical Physics. 2006, 125 (18): 181101. Bibcode:2006JChPh.125r1101M. PMID 17115729. doi:10.1063/1.2387163. 
  3. ^ Cook, R; Delucia, F; Helminger, P. Molecular force field and structure of water: Recent microwave results. Journal of Molecular Spectroscopy. 1974, 53: 62. Bibcode:1974JMoSp..53...62C. doi:10.1016/0022-2852(74)90261-6. 
  4. ^ Hoy, AR; Bunker, PR. A precise solution of the rotation bending Schrödinger equation for a triatomic molecule with application to the water molecule. Journal of Molecular Spectroscopy. 1979, 74: 1–8. Bibcode:1979JMoSp..74....1H. doi:10.1016/0022-2852(79)90019-5. 
  5. ^ List of experimental bond angles of type aHOH. Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase. 
  6. ^ Griffiths, David J. Instructor's solutions manual : Introduction to electrodynamics. New York: Prentice Hall. 1998: 275. ISBN 0138598517. OCLC 633685126. 
  7. ^ Water and the Speed of Sound. www.engineeringtoolbox.com. [2008-04-29]. 
  8. ^ Lange, p. 1199. 由于当时使用的是公升的旧定义,将手册中的数据从旧的g/ml转换为g/cm3时,须乘以0.999973。
  9. ^ Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics 70. Boca Raton, Florida: CRC Press. 1989-06-30. ISBN 978-0-849-30470-5. [页码请求]
  10. ^ Franks, Water a comprehensive treatise Volume 1 The Physics and Physical Chemistry of Water.
  11. ^ David R. Lide CRC Handbook of Chemistry and Physics CRC Press, 2004, p. 6-201 ISBN 0-8493-0485-7.
  12. ^ Lange, p. 1663.
  13. ^ Revised Release on Viscosity and Thermal Conductivity of Heavy Water Substance, The International Association for the Properties of Water and Steam Lucerne, Switzerland, August 2007.
  14. ^ Lange, p. 1436.
  15. ^ Lange, p. 1476.
  16. ^ Martin Chaplin. Water Phase Diagram. London South Bank University. [2008-01-21]. 
  17. ^ Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press: 8–71, 8–116, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  18. ^ Martin Chaplin. Ionization of water. London South Bank University. [2008-04-09]. 
  19. ^ Martin Chaplin. Water Absorption Spectrum. London South Bank University. [2008-04-10]. 
  20. ^ Fulmer et al. Organometallics, Vol. 29, No. 9, 2010
  21. ^ Holz, Manfred; Heil, Stefan R.; Sacco, Antonio. Temperature-dependent self-diffusion coefficients of water and six selected molecular liquids for calibration in accurate 1H NMR PFG measurements. Physical Chemistry Chemical Physics. 2000-01-01, 2 (20): 4740–4742. Bibcode:2000PCCP....2.4740H. ISSN 1463-9084. doi:10.1039/b005319h (英语). 
  22. ^ 22.0 22.1 Weast, Robert. CRC, Handbook of Chemistry and Physics 64th edition. Boca Raton, Florida: CRC publishing. 1983–1984: E–119. ISBN 0-8493-0464-4. 

参考书目[编辑]

  • Lange's Handbook of Chemistry, 10th ed. ISBN 0-07-016384-7(第15版)
  • Linstrom, Peter J.; Mallard, William G. (eds.); NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg (MD), webbook.nist.gov