水的反常性质.pdf

水的特殊性质 水(H2O)是由氢、氧两种元素组成的无机物， 在常温常压下为无色无味的透明液体。水是自然界 中最普遍、最重要的物质之一，水是生命的基础。 东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的 组成元素，水是中国古代五行之一；西方古代的四 元素说中也有水。 水的物理性质 水的三态 水是自然界中唯一一种三态同时并存的物质。 不同状态的水可互相转换，在转换过程中造就了 地球表面纷繁复杂的天气和气候现象。 水分子的极性 水(H2O),是由氢原子和电负性极强的氧原子以 共价键结合的,水分子中两个氢原子的S电子 和氧原子的SP3杂化轨道重迭而成两个O-H键, 实验测得这两个键之间的夹角为104.5°,由 于水分子的不对称性,所以水是极性分子。 水分子中的氢键 由于水分子是极性分子。其中一个水分子的 氢原子很容易与另一个水分子的氧原子互相 吸引形成氢键而使两分子缔合 水分子的缔合 当水处于气体状态时，由于分子间距离较 大，无法形成氢键，水分子基本单独存在。 当水处于液态或固态时，水分子间距离较 小，能够形成氢键，从而在水分子间出现了 缔合现象。 缔合是放热过程,离解过程是吸热过程,所以温 度升高,水的缔合程度降低(n减少) 液态水中除含有简单分子H2O 外,同时还含有 缔合分子(H2O )2, (H2O )3 …… 冰的组成和结构 0°C时水结成冰,全部水分子缔合在一起成为 一个巨大的分子，内部空隙较大 水的特殊性质 在所有固态和液态物质中,水的比热最大 水的密度在4℃(严格讲3.98℃)时最大 水结冰时,体积变大,密度减小 水的分子量虽然不大,但它的沸点和蒸发 热却相当高 水有较大的表面张力及较显著的毛细现象 水的比热及意义 -1 -1 水的比热最大等于1卡·克 度 因为水中存在缔合分子,当水受热时,要消 耗相当多的热量来使缔合分子离解,然后 才使水的温度升高。 水的比热较大这个性质,对调节气温起着 巨大的作用，称为“天然空调” 工业生产上把水作为传热的介质 水的密度及意义 水在4℃时密度最大,为1千克/米3 接近沸点的水,主要是以简单分子状态存 在的。 冷却时,一方面由于温度降低,分子热运动 减小,使水分子的距离缩小;另一方面,由 于温度降低,水的缔合度增大, (H O ) 缔 2 2 合分子增多,分子间排列较紧密,这两个因 素都使水的密度增大,温度降低到4℃时, (HO ) 分子最多且排列最紧密,此时水有 2 2 最大的密度,最小的体积。 水的密度及意义 温度继续降低时,出现较多的(H O ) 及具 2 3 有冰的结构的较大的缔合分子,它们的结 构较松,所以4℃以下,水的密度随温度降 低反而减小,体积则增大。到冰点时,全部 分子缔合成一个巨大的具有较大空隙的缔 合分子。 水的这一反常性质,对江河湖泊中的动植 物的生存有着重要的影响和意义。 水的密度及意义 水是地球上唯一一种固体密度低于液体密 度的物质。如果冰的密度大于液态水的密 度，两极的巨大冰川将会全部沉入海底， 全球海平面将会升高数百米。届时，绝大 部分陆地都将被海水淹没。 水的熔点及沸点 根据元素周期律，同族元素的同系物，其 熔点和沸点应随分子量的增加而增加。 因为存在氢键，水分子间的作用大大增强。 破坏氢键需要更多的能量。 若没有氢键，水的熔点将低于-85摄氏度， 沸点将低于-60摄氏度。地球上将不可能存 在大量的液态水，生命也因此无法生存。 水的