水的特性

*节 水的物理特性

一、比热

在不发生化学反应和相变的情况下，一定质量的物质温度升高一度所吸收的热量称为该物质的热容量或热容。单位物质的热容称为比热。

因此，不同的物质增加相同的温度，比热越大的物质吸收的热量越多。

水的比热在所有液体和固体物质中是大的，同时具有很大的蒸发热和溶解热，所以使得天然水体可以调节气候温度，冷却、储存及传热的优良载体介质。被大量地用作工业冷却介质或加热介质。

水的高比热是由于水能形成分子间氢键所引起的。因为温度的升高是由于分子运动加剧的结果，而若要使水分子运动加剧，不但要提供能量去克服分子间范德华力的束缚，还要提供额外的能力去克服分子间氢键的束缚。

二、水是一种强极性分子

分子中氧的电负性比氢大得多，分子中共用电子对强烈地偏向氧原子一边，使氢原子变为几乎“裸露”的氢核，而氧原子不但强烈地吸引成键电子对，而且还有孤电子对，负电荷很集中。因此水的极性很大。

对于极性分子，其本身具有的偶极称为固有偶极，在没有外电场作用时，极性分子的固有偶极由于分子运动而杂乱无章地排列。但在外电场作用下杂乱无章的极性分子可按电场方向定向排列起来，同时由于电场的作用而使偶极加大（固有偶极加诱导偶极）。在水处理中磁处理就是按这一原理而设计的。

三、水与它的同族氢化物比较，熔点、沸点、熔化焓、蒸发焓都异常高。

四、水密度反常

在接近水的沸点时，水主要以简单分子存在。

冷却时，分子的热运动减缓，分子间距离减小。因而水的缔合度增大，分子间排列紧密，这个因素使水的密度增大。当温度降到277.13k（3.98℃）时，水的密度达到大,定为1.000g/cm³。

当温度继续降低，出现较多的（H₂O），以及具有类似冰结构的大缔合分子。由于氢键的方向性，使水分子不能紧密堆积，出现类似冰的松弛的结构，水的密度反而下降。到273.16K（0℃）时，全部水分子缔合成一个大的缔合分子，结构十分疏松，而密度突然大幅度下降，从而使等量的水体积增大。因此水在结冰时体积膨胀。

第二节 水的化学性质

一、水的热稳定性

水的离解度（即对反应2H₂O→2H₂↑＋O₂↑而言）可以作为水的热稳定性的反应。

随着温度的升高，水的离解度增大，1000K时，水的离解度仅有3×10^-5％，即使达到2400K，离解度也仅有2.94％，只占水的很小一部分。所以说水具有很高的热稳定性。

二、水合作用

水分子是个极性分子，介电常数很大，当水分子遇到极性化合物或离子化合物的正负离子时，水的偶极子将和这些化合物的正负端或离子间产生相互吸引，于是发生水合作用，增强溶质的离解能力，形成具有一定数目的配位水分子的水合离子，如H₃O⁺、[Fe(H₂O)₆]⁺、[Zn(H₂O)₄]⁺、[Cu(H₂O)₄]⁺。

因此，水作为一种溶剂，是任何其它物质都不能与之相比的。

三、水解作用

从广义上说水解是指水被分解的反应及氧化物与水的反应，这些反应有的为氧化还原反应，有的为非氧化还原反应，例如下列反应：

CaO + H₂O = Ca(OH)₂

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

狭义水解反应指的是一些盐类或二元化合物的非氧化-还原的分解水的反应，如：

PCl₅ + H₂O ===H₃PO₄

Na₂CO₃ + H₂O === NaHCO₃+ NaOH

PBCl₃ H₂O === PbOCl↓ + 2HCl

水在很多方面还是一种催化剂。极微量的水有时会对反应的进行起重大作用。

四、水分子间的质子传递反应

水是一个弱电解质，它可以产生微弱的电离，电离反应式可表示为：

H₂O + H₂O === H₃O⁺ +OH^-

295K时水解离的氢离子浓度与氢氧离子浓度的乘积为1×10^-14，此值称为水在295K时的离子积，离子积随温度的变化明显。

第三节 水的异常特性与结构

分子结构的特点是具有很大极性和生成氢键的很强能力。

水分子之间很强的相互作用，内聚力很大，在提高温度、增强水分子热运动时需要更多的热量和更高的温度。

在常温下所有的液体中，除汞以外，水具有大的表面张力（72.75达因/厘米，20℃），而其他液体大多只在20-50范围。

---溶点和沸点相对较高，比热很大，溶解热和蒸发热都有较高数值，水的表面张力很强。

----水的各种界面特性，如毛细、润湿、吸附等均很突出，在各种物理化学变化中以及自然界机体生命活动中起着显著作用。

水的温度-体积效应：冰溶解为水后，温度升高时有两种过程影响其体积和密度。一是正常的热运动增强，使体积膨胀密度减小；二是氢键解体，一部分水分子填充到晶格结构空隙中，使体积缩小密度增大。4℃以前，后一过程占优。

介电常数大，溶解和离解能力强，化学反应活泼，是由于水分子的极性和氢键生成能力，能够产生强烈水合作用。