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。水的物理性质水分子的极性水(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水的比热最大等于1卡·克-1度-1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,(H2O)2缔合分子增多,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,(H2O)2分子最多且排列最紧密,此时水有最大的密度,最小的体积。水的密度及意义温度继续降低时,出现较多的(H2O)3及具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。水的溶解能力由于水的极性，水的溶解能力极强水的溶解能力由于水有较强的溶解能力，所以自然界中几乎没有纯净的水。在漫长的地质演化过程中，流水不断溶解地表物质，使得这些物质得以在其它地方不断富积。同时，水在不断溶解周围物质的过程中，也逐渐改变地表本来的面貌。水的溶解能力也使许多营养物质和矿物质溶于水中，从而更有效地被生物体吸收和利用。水的基础研究介绍相图上,在Ｐ<100大气压的范围内,固-液共存线的斜率是负的,即ｄＰ/ｄＴ<0克拉珀龙方程：另外，运动员在冰面上轻松滑动？原因冰刀作用在冰面上产生很大的压强，使冰的熔点降低很多，冰刀接触的冰熔化成水，水有利于冰鞋的滑动。滚雪球水的基础研究介绍3Ｈｅ的固-液混合物,在Ｔ<0.3Ｋ的低温下,也是有ｄＰ/ｄＴ<0的反常.如果压力增加到1000大气压以上,水的ｄＰ/ｄＴ又变成正值.在20000大气压下,冰点上升到大约100℃.也就是说,人们将看到99℃的冰.水的基础研究介绍水分子具有偶极性.在低温下,偶极水分子是否会产生自发极化,即是否存在铁电冰?拥有完美结晶能维持大型电场的铁电性冰这种被称为冰XI的铁电性冰确实存在于宇宙。一组美国和日本的科学家发现在自然界，只有温度处于一个非常窄范围时普通冰才会转化为冰XI。普通的冰被科学家称做冰lh，其中h表示冰分子结晶的六边形结构。在冰lh中，氢氧键的排列方向是随机的，这使结晶看起来很混乱。但是在很低的温度下，这些键开始趋向于同一方向排列，高压会加速这一过程。因此每个分子所携带的小电场会叠加成一个巨大的电场。科学家JaimeFernandez-Baca说：“低温下铁电冰是否稳定存在是一个长久以来的问
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。它们发出的强大持续的电场或许在行星形成过程中起到了很大作用。”Fukazawa说：“它们或许在进化中也发挥了重大作用。包括宇宙中生命起源前有机物的形成。”.用中子衍射方法分析了冰中的原子排列。利用这一方法，科学家看到了冰XI数百小时的形成过程，在温度范围57-66K时结构还保持稳定。Fernandez-Baca说：“这是其它行星表面的温度。”水的基础研究介绍制备铁电冰的途径：1）由于冰层与衬底的互作用，发现在Pt(111)面上的冰薄膜具有铁电性(0.2%)。2）掺入少量氢氧化物离子迫使水分子的偶极矩同向排列，制备冰XI相(观测到铁电迹象)。NANOLETTERS(2008,Vol.8,No.9,2607-2612),罗传富、法伟、周健、董锦明，以及UniVersityofNebraska的XiaoChengZeng“冰纳米管中的铁电序”物理机制:碳纳米管的准一维约束和特有的水分子氢键取向序共同作用的结果。水的基础研究介绍物理所专家发现一种新型二维冰结构，是由四角形和八角形的氢键网格交替组成的，与一种特殊形式铺成的地板图案极其相似。PhysicsReviewLetter,Vol.92No.14,146102,2004水的基础研究介绍常见的冰雪处于六方晶系的冰Ih相功能化水及水的保健功能水分子团的大小与水的温度、离子浓度及变化经历有关,电场、磁场、声波、红外线等都可对水分子团的结构变化施加影响。人们发现,水分子团越小,活性越大,这种水喝起来也越好喝;而水分子团越大,活性越小,也不好喝。许多实验证明,改变水的结构时对生物的生理反应有很大影响。动植物及其生命活动都与水息息相关。比如,水对微生物、酶的生化反应影响很大。最近研究表明,生物体内酶、核酸等的活动,生物膜的功能,不仅与周围水的量有关,也与周围水的状态有很大关系。
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