趣談水的幾個物理特性

1、.趣談水的幾個物理特性在我們?nèi)祟惿畹牡厍蛲獗砩希?0%的地方由液態(tài)水覆蓋著，可以說地球是個名副其實的水球。幾乎所有的生命形式的主要構(gòu)成成分都是水，沒有水就沒有生命的存在，也不會有今天有滋有味的生活。水有很多我們熟知的特性，如無色、無味、能溶解許多物質(zhì)、在0時結(jié)冰、100時汽化、能吸收大量的熱能、能形成晶瑩的水珠等等。雖然一般人對水都比較理解，但仍有很多值得研究的地方，即使是它那些熟知的特性也顯得是如此地巧妙，因此讓人類居住的這個神秘的星球有了無比豐富的生命與多姿多彩的生活。一、水的溶解性與食味水比其他任何液體都能溶解更多的物質(zhì)，這要得力于它獨特的分子構(gòu)造，特別是水分子的有極性。我們都知道水

2、的分子式是H2O。水的分子構(gòu)造非常簡單，由兩個氫原子和一個氧原子呈一定對稱性組成V字型分子。這種構(gòu)造導致水分子在氧的一邊出現(xiàn)微弱的負電，而在氫的一邊形成微弱正電，所以水分子很容易互相形成立體的連接，也使它很容易與其他物質(zhì)的原子因電荷的吸引而互相接合，因此使水有很強的溶解其他物質(zhì)的才能。比方當我們將鹽NaCl加到水中時，水分子的有極性使它與鹽分子間形成微弱結(jié)合，使得晶體鹽粒均勻分散到水中。正是這一特性才使得我們的生活中有那么多的美味，我們每一天都在不知不覺中喝下了各種水溶液，酸甜苦辣樣樣都有。水的這種強溶解性，使得動物體內(nèi)的水溶液攜帶著各種所需要的物質(zhì)在體內(nèi)循環(huán)，從而也為生命的代謝起了重要的作用

3、。二、水的密度與地球生命在地球環(huán)境條件下，水是惟一三態(tài)共存的自然物質(zhì)。水的不同狀態(tài)對應分子的不同排列形式，在固體狀態(tài)下分子呈高度有序態(tài)存在。大多數(shù)物質(zhì)在一定壓力下，隨著溫度的下降，其密度會上升；而水卻比較特殊，在溫度大于4時，水是遵循這一規(guī)律的，包括從氣態(tài)水到液態(tài)的過程。但在低于4后，水的密度反而開場減小，即水在4時的密度最大。水的這種固態(tài)密度大于液態(tài)密度的特性在自然界中幾乎是獨一無二的。在地球的大部分能結(jié)冰的地方，冬天降臨時，水開場結(jié)冰，然后浮在水面上，這樣將冰下方的液態(tài)水與冰上方的冷空氣隔分開，從而阻止或是減緩了冰下液態(tài)水的固化，也保證了水中以液態(tài)水為生活條件的生命形式比方魚類、水草等的存

4、活。當?shù)诙甏禾斓絹頃r，上升的氣溫會熔化掉浮在水面上的冰，水又重新回到流動的液態(tài)。試想一下，假如水沒有這一特殊的物理性質(zhì)會是什么樣的結(jié)果？上面的水結(jié)冰后往下沉，涌上來的水又結(jié)成冰，如此反復，最終是一條河或整個湖都變成碩大的冰疙瘩，水中的生命也就無法生存下去了。果真如此，生命形式是否還這樣豐富多彩也就很難說了。三、水的外表張力與植物的吸水對液態(tài)的水來說，它的水分子由于有極性會處于一種半有序的狀態(tài)，即水分子不斷形成小團體同時這種連接又不斷被打斷，這是液態(tài)水有流動性的一個根本原因。水分子之間的吸引使得水有一定的形狀，如在重力場中水滴是上小下大的尖橢圓球體而不是散開的。也正是水分子之間的這種內(nèi)聚力使得

5、水與空氣接觸的外表形成了與水內(nèi)部不一樣的特征，即表層分子因所受內(nèi)聚力不同而具有比內(nèi)部水分子更高的勢能，于是產(chǎn)生外表的收縮，在表層上形成一定的張力，可以承受一定的重量。比方我們常看見水面上有小昆蟲站立，這時假如用一定倍數(shù)的放大鏡觀察，就會看到昆蟲站立處的水外表就像有一層膜一樣微微下凹。而且水越純潔外表張力越大，實驗中可以看到在很純潔的水面上，一個5分的硬幣也不會下沉。同樣在水與容器的接觸壁處，由于水分子之間和水分子與容器的固體分子間的分子作用力的共同作用，水會沿壁上升或是下降一定的位置，這就是水的毛細現(xiàn)象。對于植物的根脈來說水是浸潤的，即水會在沒有外來壓力的情況下自動沿植物的毛細管或毛細縫上升，

6、其上升高度與毛細管的寬度及水溶液本身所含物質(zhì)以及地球的引力等因素相關(guān)。對于大多數(shù)缺乏1米的植物而言，利用水的毛細現(xiàn)象吸收水分是一個重要的手段。假如在生活中水沒有了這一特性，你桌上的水也就無法用布或紙吸干。四、熨斗對水潛熱的利用要升高水的溫度需要加熱，使1克水溫度升高1所要的熱能定義成1卡。1克水從0上升到100所要熱量是100卡，但要把100的這1克液態(tài)水變成100e的氣體那么要540卡的熱量，而這期間水溫度并沒有上升，只是水的物理形態(tài)發(fā)生了變化?？梢娝魵猱斨刑N藏著大量的潛熱。一旦水蒸氣遇到冷物體就會液化，這一過程將快速地釋放出潛熱。人們利用水的這一特性制成的蒸汽熨斗，可以利用熱能將衣服熨成

7、我們想要的形狀。當然，做飯時要小心，不要讓水蒸氣遇到你的冷手，否那么蒸汽中放出的潛熱將燙傷皮膚。五、水的蒸發(fā)與涼快的感覺除了前面提到的對液態(tài)水加熱可使其汽化之外，實際上在其他任何溫度下水都可以小規(guī)模地汽化，我們把這一現(xiàn)象叫水的蒸發(fā)，比方一年四季曬在外面的衣服都有可能曬干，這就是因為水的蒸發(fā)的緣故。為什么在任意溫度下水分子都能蒸發(fā)？因為從水分子的角度來說不是每一個分子在每一個時刻都有完全一樣的能量，那些由于各種原因此具有相當大能量的分子比較容易掙脫其他水分子的束縛而分開群體。從微觀角度來說是少數(shù)的受束縛的水分子變成了可任意挪動的水分子，從宏觀角度來看就是液態(tài)水汽化了。當然在這一過程中，水是要吸熱

8、的。炎熱的夏天灑一點水在手臂上或是自己體內(nèi)冒出一點汗水，感覺是如此涼快，就是因為水在蒸發(fā)過程中帶走了人體體表的熱量。再加上水有強溶解其他物質(zhì)和能流動的特點，所以再洗個澡會讓人覺得身上又清潔又涼快。當然還有很多更容易蒸發(fā)的液體，如酒精，但酒精比水更貴，對老百姓來說再沒有比水更方便、更廉價的散熱劑了。六、水的比熱與地球溫度比熱是指將1克物質(zhì)每升高1所要的熱量。在一切固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)中，除氨之外，水有最大的比熱，通俗地講它能吸收大量的熱而溫度改變不多，這就是夏天在水邊感覺更涼快，冬天在水上感覺更加冷的原因。在地球的海洋地區(qū)，由于水的調(diào)節(jié)，它的溫度變化范圍在-2到35之間，所以一般沿海地區(qū)都是冬不太冷，夏不太熱，而在陸地枯燥地區(qū)如沙漠里，其溫度可以在-70e到57e之間變化，而在沒有水的月球上其溫度那么可以在-155到135之間變化。當氣溫下降時，水會因為溫度降低而放出大量的熱以增高周圍環(huán)境溫度；當氣溫升高時，水會吸收大量的熱而減低周圍環(huán)境溫度的升