水是無色、無味、無嗅的液體。在760毫米汞柱的大氣壓下,水的沸點(diǎn)是100℃,水的冰點(diǎn)是0℃,在液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)中,水的比熱最大,水的密度在3.98℃時(shí)最大(1克/毫升)。水的這些特性可以用水分子的結(jié)構(gòu)來解釋。在水分子中,兩個(gè)氫原子與氧是不對(duì)稱的,鍵角為104°40'(圖4-1)由于O—H鍵具有強(qiáng)極性,因此水分子是強(qiáng)極性分子。又由于水分子中的氫符合生成氫鍵的條件,即氫與電負(fù)性較大的原子氧成鍵后,氫原子上有多余的作用力,可以吸引另一個(gè)水分子中電負(fù)性大的原子,生成分子間的鍵。這種分子間因氫原子而引起的鍵就叫做氫鍵。
氫鍵的鍵能一般在數(shù)千卡/摩爾。由于水分子間有氫鍵,使分子間產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合力,由簡(jiǎn)單的分子H2O結(jié)合成較復(fù)雜的分子(H2O)x,但又不引起水的化學(xué)性質(zhì)改變的現(xiàn)象叫水分子的締合(圖4-2)。
水在液態(tài)時(shí)是締合的,在3.98℃時(shí)以(H2O)x存在,故密度最大。氣態(tài)時(shí)水以單分子存在,使水汽化還要克服氫鍵力,因此水的沸點(diǎn)比分子量相近而分子間沒有氫鍵的化合物的沸點(diǎn)高。同樣原因,使水的溫度升高也要消耗能量使締合的分子破壞,因而水的比熱大。溫度較高的水洗物品易洗干凈也是由于水中締合的分子受到破壞,容易把臟物洗下來。
水只有微弱的導(dǎo)電性,水按下式發(fā)生自偶電離。
H2O+H2O ?H3O++OH-
可以簡(jiǎn)寫成 H2O ?H++OH-
精確實(shí)驗(yàn)測(cè)得25℃純水中的離子濃度是:
〔H+〕=1.0×10(-7次方)M
〔OH-〕=1.0×10(-7次方)M
水的電離度隨溫度升高而增大。
25℃時(shí),純水的理論電導(dǎo)率為5.5×10(-8次方)西/厘米(s/cm)換算成電阻率是18.2×10(6次方)歐姆·厘米(Ω·cm)(注:電導(dǎo)的單位西門子相當(dāng)于米制的1/歐姆或姆歐)如果水中有了電解質(zhì),它的電導(dǎo)率將增加。測(cè)定水的電導(dǎo)率可以反映水中存在電解質(zhì)的多少。但是要注意此法測(cè)不出非導(dǎo)電物質(zhì)的污染。當(dāng)純水接觸空氣以后,空氣中的二氧化碳溶于水,使其電導(dǎo)率增加,可達(dá)1×10(6次方)西/厘米,二氧化碳易用加熱法除去,不影響使用。
水是很容易起化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì),它能和許多金屬氧化物及非金屬氧化物化合,和最活潑的金屬(如鈉等)反應(yīng)放出氫,水也參與很多化學(xué)反應(yīng)。