水

 本文介紹的是「水」這種化學物質。

• 關於水的性質，詳見「水分子」。
• 關於「水」的其他涵義，詳見「水 (消歧義)」。

水
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
密度	1000 kg·m−3 (液,4 °C) 917 kg·m−3 (固)
熔點	0 °C, 32 °F (273.15 K)
沸點	100 °C, 212 °F (373.15 K)
pKa	15.74 ~35-36
pKb	15.74
黏度	0.001 Pa·s, 20 °C
結構
晶體結構	六方 參見冰
分子構型	角形
偶極矩	1.85 D
危險性
主要危害	水中毒
NFPA 704	0 0 0
相關物質
相關溶劑	丙酮、甲醇
相關化學品	水蒸氣、冰 重水、雙氧水
若非註明，所有數據均出自一般條件（25 ℃，100 kPa）下。

水（化學式：H₂O）是由氫、氧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

水的四態：液態（海水）、固態（冰山）、氣態（看不見的水蒸氣）以及電漿。圖中的雲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：

• 根據水質的不同，可以分為：
  • 軟水：含鈉離子、鉀離子(鹼金屬)，硬度低於8度的水為軟水。
  • 硬水：含鎂離子、鈣離子(鹼土金屬)，硬度高於8度的水為硬水。硬水會影響洗滌劑的效果，硬水加熱會有較多的水垢。

• 根據氯化鈉的含量，可以分為：
  • 淡水
  • 鹹水

此外還有：

• 生物水：在各種生命體系中存在的不同狀態的水
• 天然水：
• 土壤水：貯存於土壤內的水
• 地下水：貯存於地下的水
• 超純水：純度極高的水，多用於集成電路工業
• 結晶水：又稱水合水。在結晶物質中，以化學鍵力與離子或分子相結合的、數量一定的水分子。
• 重水的化學分子式為D₂O，每個重水分子由兩個氘原子和一個氧原子構成。重水在天然水中占不到萬分之二，通過電解水得到的重水比黃金還昂貴。重水可以用來做原子反應爐的減速劑和載熱劑。
• 超重水的化學分子式為T₂O，每個重水分子由兩個氚原子和一個氧原子構成。超重水在天然水中極其稀少，其比例不到十億分之一。超重水的製取成本比重水高上萬倍。
• 半重水的化學分子式為HDO，每個分子中含一個氫原子、一個氘原子和一個氧原子。

物理與化學性質

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，水通常多是含有酸、鹼、鹽等物質的溶液，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，在雪的密度為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氫和氧，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，除汞以外，水的表面張力最大，並能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。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、溶解大氣中二氧化碳形成的碳酸）而有較強的導電能力。

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汽容易結成液相。

水溶液

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

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。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，原始地殼中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，被地球吸引的彗星和隕石是地球上水的主要來源，甚至現在地球上的水還在不停增加。

在地球上的分布

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、地下水和大氣中的水。由於注入海洋的水帶有一定的鹽分，加上常年的積累和蒸發作用，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：

• 海洋占13,2000,0000立方公里（即或97.1%）；
• 冰川和冰蓋占2500,0000立方公里（即1.8%）；
• 地下水占1300,0000立方公里（即1.0%）；
• 河流、湖泊以及內陸海里的淡水占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占13000立方公里（即0.0001%）。

意義與影響

對氣候

水對氣候具有調節作用。大氣中的水汽能阻擋地球輻射量的60%，保護地球不致冷卻。海洋和陸地水體在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。

海洋和地表中的水蒸發到天空中形成了雲，雲中的水通過降水落下來變成雨，零度以下則變成雪。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、霧、露水、霜等形態出現並影響氣候和人類的活動。

對地貌

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

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。人體中水占70%；而水母中98%都是水。水中生活著大量的水生植被等水生生物。

水有利於部分生物化學反應的進行，如動物的消化作用及植物的光合作用。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，有助於體內營養及氧的傳輸。由於水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，如動物的汗液及植物的蒸騰作用。

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

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，水對於人類各方面的作用不可或缺。

隨著科學技術的發展，人們興修水利，與水澇害和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

飲用水

從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占世界總淡水的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，所以許多國家立法禁止使用地下水，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

淡水水資源的主要來源包括雨水、雪水、河水、淡化海水和地下水、回收水[1]等。

功用

人類生活和生產的方方面面都要使用到水資源。

• 農業用水：各種灌溉用水，動、植物用水。
• 工業用水：輕工業、重工業、機械工程、土木工程建築工程、高科技產業、能源產業皆須使用水資源。
• 都市用水：村落用水，生物都需要水分，人類的生活亦須使用水。
• 觀光用水：美麗的風景和觀光區，皆需要使用水分。
• 沙漠灌溉用水：沙漠化是全球重要且困難的議題，沙漠化的原因在於水分的流失或缺少，因此要解決沙漠化問題，必須要有相當充足的水分灌溉並維持住水分。

儲存

• 河水：用建在河流與湖泊中的水庫儲存。
• 汙水：回收淨化後儲存。
• 雨水：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

• 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（中水）、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

因為水對生命非常重要，所以人類嘗試著根據水的基本特性以科學、技術、物理、化學、能量等各種方式來造水以增加水資源。

汙染

污水處理廠

水汙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。

汙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。因此避免水汙染在全球是個重要的議題。為了解決這一問題，汙水處理等水汙染控制措施就變得十分必要。

水文化

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

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。

老子認為，如果在世界上找一樣事物來描寫「道」，最適合的就是「水」。因此，在《老子》第八章：「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

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。

參看

• 水圈：生態圈的組成
• 牛頓流體

外部連結

• （英文）水化學（水的化學常識）
• 水資源知識和數據
• 中東水源問題分析
• 水戰爭相關報導