水的物理性質水是地球上最常見物質課程目標1理解基本概念掌握水分子結構和關鍵物理性質2認識特殊性了解水的異常性質及其意義應用價值水的基本信息化學式H?O分子量18g/mol分布范圍覆蓋地球71%表面水分子結構結構組成一個氧原子和兩個氫原子鍵角約104.5°，呈V形結構鍵長O-H鍵長約0.96?水分子的極性電荷分布氧原子帶部分負電荷偶極矩1.85德拜，較高極性氫鍵形成分子間強相互作用力水的三態固態（冰）0°C以下，分子排列有序1液態（水）0-100°C，流動性好2氣態（水蒸氣）100°C以上，分子自由運動3水的相變熔化固態→液態1蒸發液態→氣態2凝結氣態→液態3凝固液態→固態4水的相圖三相點0.01°C，611.2Pa臨界點374°C，22.1MPa相變曲線展示不同溫壓條件下狀態水的密度1g/cm3最大密度4°C時達到峰值0.997g/cm320°C密度常溫時略微降低0.958g/cm3100°C密度沸點時明顯降低水的密度異常性10-4°C密度隨溫度升高而增大24°C達到最大密度1g/cm334°C以上密度隨溫度升高而減小冰的密度冰的密度0°C時約0.917g/cm3冰晶結構六方晶系，內含空隙漂浮現象冰比水輕約8%密度異常的生態意義水體從表面結冰底部保持液態狀態水生生物得以在冬季生存水的比熱容定義升高1克水1°C所需熱量數值4.18J/(g·°C)特點遠高于大多數常見物質水的高比熱容的影響1溫度調節減緩溫度變化幅度2海洋作用形成溫和型海洋氣候3生物意義維持生物體內溫度恒定水的熱膨脹系數水在低溫區域熱膨脹系數為負值溫度升高后系數增大水的表面張力數值72.8mN/m（20°C）溫度影響溫度升高，表面張力減小比較液體中最高表面張力之一表面張力的實際應用水黽行走利用表面張力支撐身體毛細現象水在細管中上升泡沫形成表面活性劑降低表面張力水的黏度黏度定義流體內部阻力單位：mPa·s水的黏度20°C時約1.0mPa·s較低，流動性好溫度影響溫度升高黏度降低0°C時約1.8mPa·s水的壓縮性1低壓縮性幾乎不可壓縮2壓縮系數4.6×10?1?Pa?13深海環境高壓下密度變化小水的聲速1482m/s純水中聲速25°C時1450m/s海水中聲速表層海水典型值343m/s空氣中聲速比水中低4倍多水的電導率1純水5.5×10??S/m2自來水0.005-0.05S/m3海水約5S/m水的介電常數數值20°C時約80比較遠高于大多數液體影響使水成為優良溶劑水的折射率數值20°C時約1.33視覺影響水下物體位置偏移色散現象彩虹形成原理水的吸收光譜波長(nm)吸收率(%)水在可見光區域透明度高在紫外和紅外區域吸收顯著水的透明度測量方法塞氏盤法純凈水可見深度達80米影響因素懸浮物、微生物濃度水的蒸汽壓溫度(°C)蒸汽壓(kPa)溫度升高導致蒸汽壓指數增長100°C時蒸汽壓等于標準大氣壓水的汽化潛熱1數值2260kJ/kg（100°C）2特點最高汽化潛熱液體之一3氣候影響調節全球熱量分布4生物利用出汗降溫機制基礎水的融化潛熱334kJ/kg融化潛熱冰轉化為水所需能量2260kJ/kg汽化潛熱比融化潛熱高近7倍80kJ/kg鐵的融化潛熱水遠高于大多數物質水的凝固點降低1純水0°C，標準凝固點21%NaCl溶液-0.6°C左右310%NaCl溶液-5°C至-6°C4海水約-1.9°C水的沸點升高溶質導致沸點升高壓力增加導致沸點升高海拔升高導致沸點降低水的滲透壓原理水分子通過半透膜流動生物應用細胞體積調節機制技術應用反滲透海水淡化水的毛細作用原理表面張力和附著力共同作用植物運輸水分在導管中上升土壤吸水水分在土壤孔隙中移動水的粘附力和內聚力粘附力水分子與其他物質之間的吸引力內聚力水分子之間的相互吸引力平衡效應決定水的浸潤性和形狀水的溶解性溶質被溶解的物質1溶劑水作為"萬能溶劑"2溶液均勻混合物3溶解度隨溫度變化4水的極性溶劑性質極性物質鹽、糖、醇類易溶離子化合物被水分子包圍非極性物質油脂、蠟難溶水的氫鍵形成條件分子間氧-氫-氧連接鍵能約20kJ/mol，較弱影響特性高沸點、高比熱、表面張力水的團聚現象1水分子簇水分子形成的動態團簇2結構特點平均4-5個分子形成簇3存在時間皮秒級快速形成解離水的潤濕性親水表面：接觸角<90°疏水表面：接觸角>90°超疏水表面：接觸角>150°水的滲透性滲透系數表示水流過介質難易程度達西定律描述地下水流動基本規律土壤應用影響灌溉和排水系統設計水的流動性層流雷諾數小，流線平行有序湍流雷諾數大，流動混亂雷諾數Re=ρvd/μ，判斷流態水的壓力傳遞帕斯卡定律壓力各方向等大傳遞液壓系統利用不可壓縮性傳遞力靜水壓力與深度成正比水的浮力1阿基米德原理浮力等于排開液體重力2浮力計算F浮=ρ液gV排3物體浮沉取決于密度與浮力平衡水的波動性質波長相鄰波峰間距離頻率單位時間內振動次數波速與水深相關水的蒸發冷卻效應1蒸發吸熱每克水蒸發吸收2260J熱量2溫度降低表面溫度顯著下降3應用實例出汗降溫、冷卻塔、蒸發式空調水的超臨界狀態臨界溫度臨界壓力溶解能力反應性應用價值溫度374°C、壓力22.1MPa以上兼具液體溶解性和氣體流動性水的過冷現象1定義溫度低于0°C仍保持液態2條件純凈水、無擾動、緩慢冷卻3不穩定性輕微擾動即結晶水的結晶形態雪花六角形基本結構霜花表面直接凝華形成冰晶溫度影響晶體形態水的同位素效應1重水(D?O)熔點3.82°C，沸點101.4°C2超重水(T?O)氚代水，放射性3研究應用示蹤劑、核反應堆減速劑4生物效應高濃度抑制生物代謝水的磁化現象磁處理水通過磁場處理的水物理變化氫鍵結構可能暫時改變研究狀態效果存在爭議，機理不明水的記憶效應概念水保留溶質信息的假說爭議主流科學不認可研究態度需基于科學方法驗證水的電解現象原理電流使水分解產物氫氣和氧氣應用氫能源、水處理水的熱對流加熱底部水體升溫1上升密度減小，上浮2冷卻表面水體散熱3下沉密度增大，下沉4水的熱傳導0.6W/(m·K)導熱系數20°C液態水2.2W/(m·K)冰導熱系數0°C固態冰401W/(m·K)銅導熱系數金屬遠高于水水的熱輻射1水表面吸收和發射紅外輻射2大氣中水汽吸收地表長波輻射3溫室效應水汽是主要溫室氣體水的光學特性水面反射：部分光線被反射折射現象：改變光線傳播方向散射效應：懸浮顆粒散射光線水的聲學特性聲波傳播水中聲速約1500m/s海洋聲學水下通信和探測基礎生物應用海洋生物回聲定位水的電學特性靜電感應水流可產生電荷分離電解質溶液離子傳導電流介電特性高介電常數影響電場分布水的物理性質的應用1工業應用熱交換、冷卻、溶劑、反應介質2環境保護污染物處理、水質監測3能源利用水力發電、熱能存儲