*節 水的物理特性

一、比熱

在不發生化學反應和相變的情況下，一定質量的物質溫度升高一度所吸收的熱量稱為該物質的熱容量或熱容。單位物質的熱容稱為比熱。

因此，不同的物質增加相同的溫度，比熱越大的物質吸收的熱量越多。

水的比熱在所有液體和固體物質中是大的，同時具有很大的蒸發熱和溶解熱，所以使得天然水體可以調節氣候溫度，冷卻、儲存及傳熱的優良載體介質。被大量地用作工業冷卻介質或加熱介質。

水的高比熱是由于水能形成分子間氫鍵所引起的。因為溫度的升高是由于分子運動加劇的結果，而若要使水分子運動加劇，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、水是一種強極性分子

分子中氧的電負性比氫大得多，分子中共用電子對強烈地偏向氧原子一邊，使氫原子變為幾乎“裸露”的氫核，而氧原子不但強烈地吸引成鍵電子對，而且還有孤電子對，負電荷很集中。因此水的極性很大。

對于極性分子，其本身具有的偶極稱為固有偶極，在沒有外電場作用時，極性分子的固有偶極由于分子運動而雜亂無章地排列。但在外電場作用下雜亂無章的極性分子可按電場方向定向排列起來，同時由于電場的作用而使偶極加大（固有偶極加誘導偶極）。在水處理中磁處理就是按這一原理而設計的。

三、水與它的同族氫化物比較，熔點、沸點、熔化焓、蒸發焓都異常高。

四、水密度反常

在接近水的沸點時，水主要以簡單分子存在。

冷卻時，分子的熱運動減緩，分子間距離減小。因而水的締合度增大，分子間排列緊密，這個因素使水的密度增大。當溫度降到277.13k（3.98℃）時，水的密度達到大,定為1.000g/cm³。

當溫度繼續降低，出現較多的（H₂O），以及具有類似冰結構的大締合分子。由于氫鍵的方向性，使水分子不能緊密堆積，出現類似冰的松弛的結構，水的密度反而下降。到273.16K（0℃）時，全部水分子締合成一個大的締合分子，結構十分疏松，而密度突然大幅度下降，從而使等量的水體積增大。因此水在結冰時體積膨脹。

第二節 水的化學性質

一、水的熱穩定性

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

隨著溫度的升高，水的離解度增大，1000K時，水的離解度僅有3×10^-5％，即使達到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定性。

二、水合作用

水分子是個極性分子，介電常數很大，當水分子遇到極性化合物或離子化合物的正負離子時，水的偶極子將和這些化合物的正負端或離子間產生相互吸引，于是發生水合作用，增強溶質的離解能力，形成具有一定數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及氧化物與水的反應，這些反應有的為氧化還原反應，有的為非氧化還原反應，例如下列反應：

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

狹義水解反應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，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。極微量的水有時會對反應的進行起重大作用。

四、水分子間的質子傳遞反應

水是一個弱電解質，它可以產生微弱的電離，電離反應式可表示為：

H₂O + H₂O === H₃O⁺ +OH^-

295K時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時的離子積，離子積隨溫度的變化明顯。

第三節 水的異常特性與結構

分子結構的特點是具有很大極性和生成氫鍵的很強能力。

水分子之間很強的相互作用，內聚力很大，在提高溫度、增強水分子熱運動時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達因/厘米，20℃），而其他液體大多只在20-50范圍。

---溶點和沸點相對較高，比熱很大，溶解熱和蒸發熱都有較高數值，水的表面張力很強。

----水的各種界面特性，如毛細、潤濕、吸附等均很突出，在各種物理化學變化中以及自然界機體生命活動中起著顯著作用。

水的溫度-體積效應：冰溶解為水后，溫度升高時有兩種過程影響其體積和密度。一是正常的熱運動增強，使體積膨脹密度減小；二是氫鍵解體，一部分水分子填充到晶格結構空隙中，使體積縮小密度增大。4℃以前，后一過程占優。

介電常數大，溶解和離解能力強，化學反應活潑，是由于水分子的極性和氫鍵生成能力，能夠產生強烈水合作用。