水的特性---列印模式

兩個氫原子在一個104 的角度形成水分子104° 27' 並且差不多離氧原子0.1nm。氫原子之間大約相距0.1nm。分子是covalently bonded，氫和氧之間分享電子，使成為中性原子，不過氧比氫的原子核為電子有更大的密切關系。所以平均來說，帶負電的會向氧移動，而帶正電的會輕微地向氫原子移動。因此，一個份子裏輕微帶正電的氫和輕微帶負電的氧有吸引力，這樣能聯繫它們而成為氫結合。氧和氫能以氣結合而組成一個水份子，所以導致一個水晶結構的出現。

氧是在每個四面體的中心，被四個氫原子、兩個氫結合包圍。這樣的一個水晶這與其它物質在一個份有十二粒的原子相比，它是頗為空曠，冰從而有很低的密度。它會浮在水上，在水的表面形成一層阻礙，這樣能防止水凍結和因而殺死魚和其它生物。

在冰裏的氫結合也頗強，因為帶負電的走向氧原子是很厲害的。使冰融化的溫度產生--相比起H2S 和H2Se在份子內的移動比較少，所需能量來分解氫結合自然相對地高了。

水(相對份子質量=18)對比起其他物質，好像甲烷(r.m.m =16 )氨水(17)硫化氫34)和二氧化碳(44)這些氣體，在室溫是一種液體。氣體中，分子之間的距離很遠，差不多是與其他分子獨立地移動，而在液體那些分子之間相距很近。在水裏，那些分子因為氫的結合而維持這狀態。是因為氫結合而使水在地球表面溫度和壓力以一種液體形態存在。我們知道生命取決於這性質。

水有高的熱容量；即是需要很多熱能量才能提高水溫。這因為氫的結合限制那些分子的移動，所以大量熱能量需要將它分開。因此，水相對來說，很慢才能將它加熱或冷卻。實際上，水的熱容量是任何已知的物質是最高的。

水溶化的潛熱(enthalpy)(所需的熱能去融化冰)通常高。通過相同的標記，在它結冰以前，需要比較大量熱能從液體水中抽出。水的蒸發潛熱(熱能量要求汽化成水)也通常很高。因而水的蒸發要求很多能量才能有一個好的冷卻效應。

大多數液體在冷卻時收縮，在冰點達到最大的密度。水在高於它的冰點達到最大的密度，這種情況通常是不正常的。

內聚性是一種通過互相的吸力結合一起的物質的分子的趨勢。水的氫結合導致很強的內聚的力量。其中一種影響是一水滴的表面佔有最小領域，而且那滴水會形成一個球狀。那些表面的水分子加在那滴水裏，這樣表面便成了一張皮狀的一層水份子，這種力量便叫表面張力。昆蟲在水的表面行走和水在植物向上移動的生物過程，都形成了水的內凝聚的性質。

粘性是不同的化合物分子相互的吸引力。能容易黏著其他份子的水，當一枝細小的管浸入水裏，水能向上移動。這個現象被叫為毛細作用。木質部容器一直徑0.02mm 理論上通過毛細作用，力量能支持一根高度1.5m 的水柱。它的主要生物學的效應之是在土壤裏的水能向上運動。

在水裏，氫結合另一個結果是需要大量熱增加分子運動和氣體蒸汽的形成。熱能量必須首先用來分開氫結合，因此一定熱能加入，比起其他物質，水溫只僅僅緩慢地提高。同樣地，水也很慢才能冷卻。在水的媒介，全部熱量固定比率和生物反應作用並不取決於大的溫度波動，並且能在一個更固定的比率中進行。要不是氫結合，水在正常的環境溫度將會是氣體，這樣我們的生命便不能存在。對於相同的原因，很多熱來說需要用來蒸發水份，所以即使蒸發少量在生物表面的水分，也一個很大的冷卻效應，例如出汗。

水在4C具有最大的密度，它與其它物質不同。其他物質在固體時的密度比在液體為高。它從頂向下結冰和在表面形成的冰可以隔開下面較暖的水。這樣可以防止大片水域凍結的，而且有助水產生物體的存在

根據方程式，有一種輕微的趨勢由水分子分離到離子﹕2H2O = H₃O⁺ + OH^- -給oxonium 氫氧化物分子( hydroxyl))離子。很簡單的，考慮離解作為﹕H₂O = H⁺ + OH^- -給澆水oxonium 氫氧化物分子離子hydroxyl)在一公升的水能分離出1/10000 000 (10^-7)摩爾氫離子。這相當於酸鹼度一7，這是中性的。如果氫離子的濃度是比較高，例如每公升1/1000(10^-3)摩爾氫離子，酸鹼度是3，這個液體將是酸性的。任何低於7的酸鹼值是酸性，任何高於這酸鹼度是鹼。酸因此是捐贈氫離子的一種物質，而鹼是接受氫離子。注意酸鹼度不是直線而是對數。

很多物質都能在水中溶解。那些物質能溶入水中可說是可溶於水。例如糖是可溶於水中。水是溶劑，而糖是溶質。溶劑與溶質便組成溶液。當水是溶劑，那溶液便是可溶的。因為生物體內有大量水份，故此水是一個很重要的溶劑。一些物質好像萄葡糖當溶入血液裏的水時，這允許糖份帶到全身。在植物中，最普通的運輸物質是庶糖，也是可溶於水。

只有一定限量的溶質才能在水裏溶解。例如，如果糖份不斷溶入水裏，最後會到達一個頂點，那麼再沒有糖能溶入水中。這溶液可說成飽和。到達飽和點是取決於溶劑的溫度，因為暖水比冷水能溶解更多的糖。對於這一般的規章有一個重要的例外。氣體能在液體裏溶解。但是，當溫度提高時，氣體實際上變得更較不可溶。水在低溫時，會比高溫保持更多溶解了的氧。這讓人發現對海洋生物一個重要的影響。魚例如鮭魚和鱒魚需要許多氧，而且對氧在水裏溶解的數量十分敏感。一種特別的水質污染，熱能污染，能對這些魚有戲劇性的影響。發電廠使用河水和海水作為一種冷卻劑，並且把這些水放回源頭。但是，較暖的水含有較少的氧，因此當泵熱水入河流時，鮭魚和鱒魚經常出現。

有時有可能不需提高溫度而令更多的物質能溶入水中。其中一種方法是增加液體的壓力。如果一種力量壓在一種液體，更多的氣體分子將在液體裏溶解。冒氣泡的飲品是這一個技術的例子。在飲料裏的氣泡是由二氧化碳組成，在壓力的存在下溶解進飲料。當罐頭或者瓶子被打開時，壓力被釋放，過量氣體會以泡的形式逃脫。作為飲品表面的氣泡，飲料失去它的嘶嘶聲。它將最終變得平靜。在一些地方，從地底出來的水已是冒氣泡的了！在地下水是在處於壓力和包含溶解的氣體，例如二氧化碳。當水離開地下，壓力便會減低，這允許氣體的氣泡逃脫到大氣層去。

當一活躍金屬例如是鈉接觸到水時，激烈放熱(熱量產生)反應發生，釋放在燃燒的氫氣。

這是一個一個氧化還原反應的例子，這些反應作用是電子從一個原子調動到另一個的原子。這樣的話﹐ 電子從鈉原子( 形成Na⁺ 離子) 傳到水分子而產生氫氣體和OH^-離子。其它鹼性金屬與水同樣產生相似的反應。較少的活躍的金屬會與水產生很慢的反應。例如，鐵與水以很慢的速度產生反應，但是會很快與蒸氣起反應，形成氧化鐵和氫氣。

阿蒙尼亞這些溶液是基本，有時叫阿蒙尼亞氫氧化物( NH40H)。無論如何，平均是一個molar 的NH3只提供4.2摩爾分子量的OH^-離子。那些水合物NH3 嗎﹖NH₃x DH₂0, 2NH₃ x DH₂0, and NH₃ x D2H₂0存在和已經顯示通過分子間的氫契約連結，是含有由阿蒙尼亞和水分子。液體阿蒙尼亞廣泛地被使用為non-aqueous溶劑。鹼性金屬，亦是重鹼性金屬，和transition metal溶入液體阿蒙尼亞，會產生藍色液體。物理測量，包括電傳導率研究，證明這種藍色和電流是因為solvated 電子的存在。

硝酸，HNO3，作為" 水fortis" 第8 世紀的煉丹家為所熟知(強水)。這是由氮二氧化物( NO2) 和水組成。
純硝酸當在86 沸騰和在42凝結時，它會是的一種無色的液體。當暴露在熱和光下，硝酸會分解成為氧、水和一種氮氧化物的混合物。

因此，因為當分解時，二氧化氮的產生，硝酸多數是黃或者棕色。硝酸是很穩定的液體和68%的硝酸液體(i.E 每100克HNO3 68 克)被出售為濃硝酸。它是強氧化劑和一種強酸。非金屬元素例如碳(C)、碘(I)、磷(P)和硫磺(S)被濃硝酸氧化成氧化物或者二氧化氣的含氧酸﹕例如 ﹐

一個水分子由一個氫原子和兩個氧原子組成。水是一種不平常的液體。它有一個非常高的沸點和蒸發的熱量。最大的密度是在4`9XC。當結冰時會澎脹。水有一個很強的表面張力，並且用於鹽和磁極分子，是一個好溶劑。這些性質導致"the dipolar character of H₂O"。在水份子周圍的電子群使s和p電子雜交，產生結合了的O和H 原子和沒有結合的"sp3"。分子接近氧會有很高負電的密度，在氫附近則會有很高正電的密度。

一個水分子在蒸氣階段的大小，等同於3.3A 或 0.33納米(1A=10^-10米)，當分子高速地移動，它們在碰撞時的能量也是很高，"van der Waals force"創造結合是很低效率的。當溫度增加時，蒸汽會澎脹。

在液體的階段，分子之間的距離相近，佔有空間29.7 A3，表明有36.7% 的密集氣孔。液體水形成一分子的水分子的不同的流動結構，H⁺和OH^-分子。分子的結構能影響密度和粘性。液體水由一個"ice-tridymite"結構組成，一個石英般的結構，和阿蒙尼亞密集地填塞的結構一樣。在冰結構內，每個氧原子和四個氫結合組成。氫原子在O-H...O不再是0.96A，但是或者是0.99A ,1.77A。每個水分子的容積是32.3 A3。每克容積分子是19.56 ml，而由此產生的密度是0.92。

分解了的氫結合會隨著溫度增加到50% 。分開了的氫結合形成一個理想的高介電常數範圍(D=在250ºC的78.55)，用以證明水對於磁極的化合物是一個好溶劑。

水能進行不同類型的化學反應。水最重要的化學性能之一，是水有能力作為一種酸(質子捐贈)和鹼(質子的領受)。這最清楚是在水的"autoionization" 看見﹕

[ H⁺]代表每公升H⁺離子的濃度。當酸(物質能生產H⁺離子)在水裏溶解，酸和水都會在溶液裏生產H⁺離子。所以才引致一個情況出現，便是H+離子的濃度高於1.0 x 10^-7M。因為要符合[H⁺][OH^-]是等於251.0 x 10^-14ºC，[OH-]的值一定要被降到低於1.0 x 10^-7。把OH-的濃度減少的結構有包括到一個反應作用

這是發生於要恢復[H⁺]和[OH^-] 為1.0 x 10-¹⁴M。因而，當一種酸加入水時，那溶液所包含的H⁺會多於OH^-，即是[H⁺]>[OH^-]。那溶液是([H⁺]>[OH^-])便是酸性的。最普通的方法去決定溶液的酸鹼度，便是根據氫離子的濃度。pH =-log[H⁺]，那符號是以10為基礎對數。在純水，[H+]=1.0 x 10^-7M，酸鹼度是7。對於一個酸性的溶液，酸鹼度是少於7。當鹼(質子領受的物質)溶解在水裏，H的濃度會減少，使[OH^-] >[H⁺]。一個鹼性的溶液的酸鹼度是大過7。總之，可溶的溶液要在25ºC

中性溶液

[H⁺] = [OH^-]

酸鹼度=7

酸性溶液

[H⁺] > [OH^-]

酸鹼度< 7

鹼性溶液

[OH^-] > [H⁺]

酸鹼度>7

水的密度在4ºC是每ml 1克。表格I列出在不同溫度的密度。水被假定是一不可壓縮流體。雖然如此，它有一大約300﹐000 磅/平方英寸的彈性，意思是大約每一個0.000048 的體積的減少而加內在大氣壓力中。

一種流體的粘性是因為比例原因以致強烈的粘性能在流動的流質中斷﹕

£n

£g

dv
ds

£n 每表面的單位面積是這與s 方向垂直，dv/ds是最大速度，而s方向代表最大速度發生的方向中，V是動態粘性(=£g/p)，和﹖P9g是絕對粘性(force x time)/平方長度。

在大氣壓力下，純水的粘性與溫度有關，表格2可看到。強烈粘性的中斷符合內能損失。速度坡度和強烈中斷在"flocculation"，解決和過濾過程裏很重要。

一個液體的汽壓是當一個液體與一個蒸氣份子凝固的液體接觸。汽壓是溫度的一個函數。

水分子靠引力結合在一起。在某個半徑以外，"Rcritical"，引力變得可以忽視。比"Rcritical"近的分，一個自由表面是被合力吸引到液體的內部。每單位表面面積的位能是表面能量。表面能量的數字價值等於液體的表面張力。表面張力隨著溫度的增加而減少。在一個不混溶的的水和另一個液體之間的界面張力，大約等於它們表面張力的差距。"Gibbs' rule"證明溶質加內在溶劑而成成不同的狀態，是取決於表面張力。溶質在低濃度的情況下會有很弱的表面張力，這些集中在溶劑的表面和在溶劑表面張力的下面。反之，大量有很強的表面張力的溶質將集中遠離溶劑表面，而溶質的表面張力也不會增加。這現象對於處理表面水和污水有很大啟示。