*節(jié) 水的物理特性

一、比熱

在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和相變的情況下，一定質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高一度所吸收的熱量稱為該物質(zhì)的熱容量或熱容。單位物質(zhì)的熱容稱為比熱。

因此，不同的物質(zhì)增加相同的溫度，比熱越大的物質(zhì)吸收的熱量越多。

水的比熱在所有液體和固體物質(zhì)中是大的，同時(shí)具有很大的蒸發(fā)熱和溶解熱，所以使得天然水體可以調(diào)節(jié)氣候溫度，冷卻、儲(chǔ)存及傳熱的優(yōu)良載體介質(zhì)。被大量地用作工業(yè)冷卻介質(zhì)或加熱介質(zhì)。

水的高比熱是由于水能形成分子間氫鍵所引起的。因?yàn)闇囟鹊纳呤怯捎诜肿舆\(yùn)動(dòng)加劇的結(jié)果，而若要使水分子運(yùn)動(dòng)加劇，不但要提供能量去克服分子間范德華力的束縛，還要提供額外的能力去克服分子間氫鍵的束縛。

二、水是一種強(qiáng)極性分子

分子中氧的電負(fù)性比氫大得多，分子中共用電子對(duì)強(qiáng)烈地偏向氧原子一邊，使氫原子變?yōu)閹缀?ldquo;裸露”的氫核，而氧原子不但強(qiáng)烈地吸引成鍵電子對(duì)，而且還有孤電子對(duì)，負(fù)電荷很集中。因此水的極性很大。

對(duì)于極性分子，其本身具有的偶極稱為固有偶極，在沒有外電場(chǎng)作用時(shí)，極性分子的固有偶極由于分子運(yùn)動(dòng)而雜亂無章地排列。但在外電場(chǎng)作用下雜亂無章的極性分子可按電場(chǎng)方向定向排列起來，同時(shí)由于電場(chǎng)的作用而使偶極加大（固有偶極加誘導(dǎo)偶極）。在水處理中磁處理就是按這一原理而設(shè)計(jì)的。

三、水與它的同族氫化物比較，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熔化焓、蒸發(fā)焓都異常高。

四、水密度反常

在接近水的沸點(diǎn)時(shí)，水主要以簡(jiǎn)單分子存在。

冷卻時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)減緩，分子間距離減小。因而水的締合度增大，分子間排列緊密，這個(gè)因素使水的密度增大。當(dāng)溫度降到277.13k（3.98℃）時(shí)，水的密度達(dá)到大,定為1.000g/cm³。

當(dāng)溫度繼續(xù)降低，出現(xiàn)較多的（H₂O），以及具有類似冰結(jié)構(gòu)的大締合分子。由于氫鍵的方向性，使水分子不能緊密堆積，出現(xiàn)類似冰的松弛的結(jié)構(gòu)，水的密度反而下降。到273.16K（0℃）時(shí)，全部水分子締合成一個(gè)大的締合分子，結(jié)構(gòu)十分疏松，而密度突然大幅度下降，從而使等量的水體積增大。因此水在結(jié)冰時(shí)體積膨脹。

第二節(jié) 水的化學(xué)性質(zhì)

一、水的熱穩(wěn)定性

水的離解度（即對(duì)反應(yīng)2H₂O→2H₂↑＋O₂↑而言）可以作為水的熱穩(wěn)定性的反應(yīng)。

隨著溫度的升高，水的離解度增大，1000K時(shí)，水的離解度僅有3×10^-5％，即使達(dá)到2400K，離解度也僅有2.94％，只占水的很小一部分。所以說水具有很高的熱穩(wěn)定性。

二、水合作用

水分子是個(gè)極性分子，介電常數(shù)很大，當(dāng)水分子遇到極性化合物或離子化合物的正負(fù)離子時(shí)，水的偶極子將和這些化合物的正負(fù)端或離子間產(chǎn)生相互吸引，于是發(fā)生水合作用，增強(qiáng)溶質(zhì)的離解能力，形成具有一定數(shù)目的配位水分子的水合離子，如H₃O⁺、[Fe(H₂O)₆]⁺、[Zn(H₂O)₄]⁺、[Cu(H₂O)₄]⁺。

因此，水作為一種溶劑，是任何其它物質(zhì)都不能與之相比的。

三、水解作用

從廣義上說水解是指水被分解的反應(yīng)及氧化物與水的反應(yīng)，這些反應(yīng)有的為氧化還原反應(yīng)，有的為非氧化還原反應(yīng)，例如下列反應(yīng)：

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

狹義水解反應(yīng)指的是一些鹽類或二元化合物的非氧化-還原的分解水的反應(yīng)，如：

PCl₅ + H₂O ===H₃PO₄

Na₂CO₃ + H₂O === NaHCO₃+ NaOH

PBCl₃ H₂O === PbOCl↓ + 2HCl

水在很多方面還是一種催化劑。極微量的水有時(shí)會(huì)對(duì)反應(yīng)的進(jìn)行起重大作用。

四、水分子間的質(zhì)子傳遞反應(yīng)

水是一個(gè)弱電解質(zhì)，它可以產(chǎn)生微弱的電離，電離反應(yīng)式可表示為：

H₂O + H₂O === H₃O⁺ +OH^-

295K時(shí)水解離的氫離子濃度與氫氧離子濃度的乘積為1×10^-14，此值稱為水在295K時(shí)的離子積，離子積隨溫度的變化明顯。

第三節(jié) 水的異常特性與結(jié)構(gòu)

分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是具有很大極性和生成氫鍵的很強(qiáng)能力。

水分子之間很強(qiáng)的相互作用，內(nèi)聚力很大，在提高溫度、增強(qiáng)水分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)需要更多的熱量和更高的溫度。

在常溫下所有的液體中，除汞以外，水具有大的表面張力（72.75達(dá)因/厘米，20℃），而其他液體大多只在20-50范圍。

---溶點(diǎn)和沸點(diǎn)相對(duì)較高，比熱很大，溶解熱和蒸發(fā)熱都有較高數(shù)值，水的表面張力很強(qiáng)。

----水的各種界面特性，如毛細(xì)、潤(rùn)濕、吸附等均很突出，在各種物理化學(xué)變化中以及自然界機(jī)體生命活動(dòng)中起著顯著作用。

水的溫度-體積效應(yīng)：冰溶解為水后，溫度升高時(shí)有兩種過程影響其體積和密度。一是正常的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，使體積膨脹密度減??；二是氫鍵解體，一部分水分子填充到晶格結(jié)構(gòu)空隙中，使體積縮小密度增大。4℃以前，后一過程占優(yōu)。

介電常數(shù)大，溶解和離解能力強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)活潑，是由于水分子的極性和氫鍵生成能力，能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈水合作用。