水與人類生存水的來源

水與人類生存水的來源基本要求1、按時(shí)上課,有事請(qǐng)假2、課堂積極參與討論,課后查閱資料3、開卷考試3月22日為世界水日,3月22~3月28日中國(guó)水周2011年世界水日宣傳主題:城市用水:應(yīng)對(duì)都市化挑戰(zhàn)(Waterforcities:respondingtotheurbanchallenge)2011年中國(guó)水周宣傳主題:

嚴(yán)格管理水資源,推進(jìn)水利新跨越2012年“世界水日”得主題就是“水與糧食安全”(WaterandFoodSecurity)2013年“世界水日”得宣傳主題就是“水合作”(Water

Cooperation)我國(guó)紀(jì)念2013年“世界水日”和“中國(guó)水周”活動(dòng)得宣傳主題為“節(jié)約保護(hù)水資源,大力建設(shè)生態(tài)文明”。

2014年“世界水日”得宣傳主題就是“水與能源”(WaterandEnergy)。

2014年我國(guó)紀(jì)念“世界水日”和“中國(guó)水周”活動(dòng)得宣傳主題為“加強(qiáng)河湖管理,建設(shè)水生態(tài)文明”。

2015年“世界水日”得宣傳主題就是“水與可持續(xù)發(fā)展”(WaterandSustainableDevelopment)?！爸袊?guó)水周”活動(dòng)得宣傳主題為“節(jié)約水資源,保障水安全”。海洋71%,陸地29%

主張地球上得水就是自生得人認(rèn)為:

全部假說可大致分為兩類:一類就是自生得,一類就是外來得。

水就是在玄武巖先熔化后冷卻形成原始地殼得時(shí)候產(chǎn)生得。

荷蘭得天文學(xué)家奧特認(rèn)為,地球上水得主要來源就是我們這顆行星得內(nèi)部得巖石圈和上地幔。這些巖石在一定得溫度和適宜得條件下(如火山爆發(fā))脫水,從而形成了地球得水。

最初地球就是一個(gè)冰冷得球體。此后,由于存在地球內(nèi)部得鈾、釷等放射性元素開始衰變,釋放出熱能。因此地球內(nèi)部得物質(zhì)也開始熔化,高熔點(diǎn)得物質(zhì)下沉,易熔化得物質(zhì)上升,從中分離出易揮發(fā)得物質(zhì):氮、氧、碳水化合物、硫和大量水蒸氣。試驗(yàn)證明當(dāng)1m3花崗巖熔化時(shí),可以釋放出26L得水和許多完全可揮發(fā)得化合物。11大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

地下深處得巖漿中含有豐富得水,巖漿可以溶解30%得水。火山口處得巖漿平均含水6%,有得可達(dá)12%,而且越往地球深處含水量越高。據(jù)此,有人根據(jù)地球深處巖漿得數(shù)量推測(cè)在地球存在得45億年內(nèi),深部巖漿釋放得水量可達(dá)現(xiàn)代全球大洋水得一半。

由于地球內(nèi)部得高溫,地球得水還在增加,在研究中,有資料表明,大洋面近年內(nèi)上升了。

水流到地球得表面與蒸汽和氣體一起逸入大氣圈,仿佛現(xiàn)在火山噴發(fā)時(shí)所發(fā)生得事件一樣。當(dāng)時(shí),約30億年前得火山活動(dòng)比現(xiàn)在強(qiáng)烈、普通而頻繁。因此,地球形成之日起,在地球內(nèi)部、表層都可以產(chǎn)生水。

從現(xiàn)代火山活動(dòng)情況看,幾乎每次火山噴發(fā)都有約75%以上得水汽噴出。

1906年維蘇威火山噴發(fā)得純水蒸氣柱高達(dá)13000米,一直噴發(fā)了20個(gè)h。阿拉斯加卡特邁火山區(qū)得萬煙谷,有成千上萬個(gè)天然水蒸氣噴出孔,平均每秒種可噴出97～6450C得水蒸汽和熱水約23000m3。

隆起形成山峰,下陷變成山谷,火山噴出大量氣體

巖漿活動(dòng)異常激烈,火山噴發(fā)頻繁

大氣中得水蒸汽逐步增多,飽和后冷卻成云,變成雨落在地上,形成了江河湖海。

主張地球上得水就是外來得人認(rèn)為:

地球形成得時(shí)候,就從宇宙俘獲了大量得水,以后逐漸釋放并留存下來。

水就是宇宙物質(zhì),當(dāng)宇宙中得塵埃云凝聚成地球時(shí),她們同時(shí)也被封存在地球得原始物質(zhì)球粒隕石中。

組成原始地球得固體塵埃,實(shí)際上就是衰老了得星球爆炸而成得大量碎片,這些碎片多就是無機(jī)鹽之類得東西,在其內(nèi)部蘊(yùn)藏了許多水分子,即所謂得結(jié)晶水合物。

由于當(dāng)時(shí)地球溫度很高,原始物質(zhì)均處在熔融狀態(tài);地球自轉(zhuǎn)速度也很快(35億年前,地球自轉(zhuǎn)得速度約為現(xiàn)在得6倍,那時(shí)地球上得一天一夜只有4h)。地球轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生得重力離心分力,使重物質(zhì)下沉,輕物質(zhì)上浮?；顒?dòng)性最強(qiáng)而又就是最輕物質(zhì)之一得水,便移向地球外殼。

含在巖漿中得水,也隨著以后巖漿得逐漸凝固被排擠出來。這些被擠壓出來得水,呈水汽狀態(tài),在高空凝結(jié)為云,飄浮在地球上空。隨著時(shí)間得推移,大氣中水汽在增多,而地表得溫度卻在降低。

大概在太古代初期,當(dāng)?shù)乇頊囟冉抵了梅悬c(diǎn)以下時(shí),水汽就化作傾盆大雨降落到地表。據(jù)估計(jì),大約在6億年前,地表溫度降低到30℃左右時(shí),巖漿中擠出來得水,大約有99％都降落到地面,從而形成地球表面得水,構(gòu)成江河湖海。

地球就是由太陽星云分化出來得星際物質(zhì)聚合而成得,其基本組成有氫氣、氮?dú)饧耙恍m埃。固體塵埃聚集結(jié)合形成地球得內(nèi)核,外面圍繞著大量氣體。地殼不斷發(fā)生變動(dòng),有得地方下陷形成低地與山谷,有得地方隆起形成山峰,同時(shí)噴發(fā)出大量得氣體。

由于地球體積不斷縮小,引力隨之增加,這些氣體已無法擺脫地球得引力,從而圍繞著地球,構(gòu)成了“原始地球大氣”,原始大氣由多種成分組成,水蒸汽就是其中之一。

噴到空中得水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)就冷卻成云,變成雨,落到地面上,聚集在低洼出,逐漸積累成湖泊和河流,最終匯集到地表最低區(qū)域形成海洋。水在開始形成時(shí),不論湖泊或海洋,水量不多,隨著地球內(nèi)部產(chǎn)生得水蒸氣不斷地被送入大氣層,地面水量不斷增多,經(jīng)歷幾十億年得地球演變過程,最后終于形成了現(xiàn)在所見得江河湖海。第二節(jié)水得結(jié)構(gòu)和構(gòu)成

一、水得構(gòu)成水就是含有兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子得分子化合物。氫有三種天然存在得同位素1H,2H(D),3H(T))。氧有六種同位素(14O,15O,16O,17O,18O,19O)。天然存在得水絕大部分都就是1H216O。12重水

二、水得分子結(jié)構(gòu)氫和氧原子組合成水分子。每個(gè)分子得一端都有弱電荷。氧得一端帶弱負(fù)電荷,氫得一端帶弱正電荷。2端各顯相反電性得分子叫極性分子,水由極性分子構(gòu)成,就是極性物質(zhì)。水分子通過正、負(fù)靜電引力與附近得四個(gè)水分子以氫鍵相聯(lián)系。

氫鍵使水分子發(fā)生締合,締合得水減弱了水分子得極性,傳遞離子得能力也降低,故長(zhǎng)期靜置得水締合程度大,“活性”嚴(yán)重喪失而成為“死水”。

在加熱、磁場(chǎng)等作用下,水分子間得氫鍵將被程度不同地破壞,從而降低了締合度而活化。因此,物質(zhì)一般在熱水中溶解度大;熱水洗滌效果好等,都與水得締合度降低有關(guān)。

三、水得相態(tài)自然界中水有三種相態(tài)即液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)。(一)液態(tài)水液態(tài)得水通常不就是以單個(gè)水分子得形式存在,而就是通過氫鍵產(chǎn)生締合分子。

水得締合就是放熱過程,水得離解則就是吸熱過程。所以溫度升高,水得締合程度得下降,即(H2O)x得x值減小;溫度降低,水得締合度增大,即(H2O)x得x值增大。在高溫時(shí),水主要以單分子狀態(tài)存在,水變?yōu)樗?在低溫時(shí)(273、15K以下)水結(jié)成冰,全部水分子締合成一個(gè)巨大締合分子。

(三)固態(tài)水

固態(tài)水(冰)中得每一個(gè)水分子都被相鄰得四個(gè)水分子包圍,每個(gè)水分子位于變形四面體得頂點(diǎn),冰就是由無數(shù)個(gè)這樣得四面體通過氫鍵互相連結(jié)成一個(gè)龐大得晶體得。由于氫鍵得方向性要求,水分子不能做到緊密堆積,所以冰得晶體具有較大得空隙,即水結(jié)成冰后,體積增大,密度會(huì)比液態(tài)水減小,所以冰可以浮在水面之上。但就是當(dāng)壓力達(dá)到2、0265ⅹ10^8

個(gè)大氣壓時(shí),她得密度又會(huì)變得比水大,在水中下沉到水底。

冰融化成水或水變?yōu)樗?都首先需要外界環(huán)境供給能量來破壞這些氫鍵。固態(tài)水(冰)融化成液態(tài)水或液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)水(水汽)時(shí)需要吸收外界得熱量。當(dāng)然,水在反向轉(zhuǎn)化時(shí)會(huì)釋放出同樣得熱量。

水得冰點(diǎn)(凍結(jié)溫度)和沸點(diǎn)會(huì)隨著壓力得變化而變化。當(dāng)壓力大于599、949Pa時(shí),水得冰點(diǎn)降低,但就是沸點(diǎn)升高。這種性質(zhì)使水呈現(xiàn)液態(tài)得范圍變大,使大洋深處得水不會(huì)凍結(jié),同時(shí)使高壓下得液態(tài)水不容易被蒸發(fā)。

(二)氣態(tài)水

氣態(tài)水絕大多數(shù)以單分子形態(tài)存在,所以其在常溫常壓下密度很小。一般,隨著壓力得增加,水得汽液兩態(tài)轉(zhuǎn)化得溫度逐漸升高,即壓力增加,水汽化得溫度也隨之增加;但當(dāng)水汽得溫度達(dá)到374、2℃時(shí),無論壓力有多大,都不會(huì)使氣態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水,該溫度稱作水得臨界溫度。

所以氣態(tài)水得密度在溫度很高、壓力足夠大時(shí)會(huì)大于常溫常壓下得液態(tài)水得密度。

冰融化成水或水變?yōu)樗?都首先需要外界環(huán)境供給能量來破壞這些氫鍵。這就就是為什么固態(tài)水(冰)融化成液態(tài)水或液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)水(水汽)時(shí)需要吸收外界得熱量得緣故。當(dāng)然,水在反向轉(zhuǎn)化時(shí)會(huì)釋放出同樣得熱量。第三節(jié)水得物理性質(zhì)

一、水得密度物質(zhì)單位體積得質(zhì)量稱作密度,而單位體積得重量稱作重度。

對(duì)一般物質(zhì)來說,密度都隨溫度得增加而降低。因?yàn)闇囟仍礁?分子間得距離就越大。但水得密度與溫度得關(guān)系就是反常得:在常壓下4°C時(shí)密度最大。無雜質(zhì)得純水,在0℃時(shí)密度為0、99987kg／L,在4℃時(shí)密度最大,為1kg／L。

當(dāng)溫度大于或小于4℃時(shí),水得密度將減小。水自液體狀態(tài)變?yōu)楣腆w狀態(tài),其密度要發(fā)生突變。大多數(shù)物質(zhì)由液態(tài)凝固而變成固態(tài)時(shí),其密度會(huì)隨之增高。但水卻相反,其結(jié)冰(凍結(jié))時(shí),反而密度減小。

在正常大氣壓下,水結(jié)冰時(shí),體積會(huì)突然增大11%左右;與此相對(duì)應(yīng),冰融化時(shí)體積又會(huì)突然變小。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下,純凈得水得密度隨溫度變化。①更多氫鍵破裂,結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分崩離析,密度進(jìn)一步增大;體系溫度繼續(xù)升高,水分子動(dòng)能增加、振動(dòng)加劇,而每一分子占據(jù)更大體積空間,所以這一因素又使水密度趨于減小。這就就是為什么水在1個(gè)大氣壓下4℃或精確地說應(yīng)該就是3、98℃時(shí)密度為最大得原因。

當(dāng)冰開始融化成水時(shí),冰得氫鍵結(jié)構(gòu)中得氫鍵斷裂,晶體結(jié)構(gòu)崩潰,體積縮小而密度增大。如果有更多熱能輸入體系,將引起:3二、水得熱性質(zhì)(一)比熱

一定質(zhì)量得物質(zhì),在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和相變得情況下,溫度每升高1℃所吸收得熱量稱為該物質(zhì)得熱容量或熱容。

單位物質(zhì)得熱容稱為比熱容,簡(jiǎn)稱比熱。

不同得物質(zhì)增加相同得溫度,比熱越大得物質(zhì)吸收得熱量越多。水得比熱在所有液體和固體物質(zhì)中就是最大得為4、186KJ/(Kg、℃),而冰和水汽得比熱約減為液態(tài)水得一半。所以水被大量地用作工業(yè)冷卻介質(zhì)或加熱介質(zhì)。水得熱容量比大多數(shù)物質(zhì)得熱容量都大(只有氫、氦等得熱容量比水大)。

例如,土和砂之類得物質(zhì),熱容量為0、92kJ/kg·℃,鐵和銅等金屬僅為0、42、0、39kJ/kg·℃,酒精和甘油為2、4kJ/kg·℃,

鉑為0、12kJ/kg·℃,

木料為0、6kJ/kg·℃。這種水與土之間熱容量得巨大得差異,反映在氣候?qū)W上,就就是海洋性氣候比大陸性氣候升溫慢,降溫亦慢,變幅較小得現(xiàn)象。除汞和液態(tài)水外,一切物質(zhì)得單位熱容量都隨溫度得升高而增加。

在0~35℃,水得單位熱容量隨溫度升高而降低,在35℃以后,水得熱容量則隨溫度得升高而增加。水得熱容量和水得密度一樣,與溫度得關(guān)系不就是直線,而就是曲線關(guān)系。

水得高比熱就是由于水形成分子間氫鍵所引起得。因?yàn)闇囟鹊蒙呔褪怯捎诜肿舆\(yùn)動(dòng)加劇得結(jié)果,而若要使水分子運(yùn)動(dòng)加劇,不但要提供能量去克服分子間范德華力得束縛,還要提供額外得能力去克服分子間氫鍵得束縛。導(dǎo)熱系數(shù)就是指在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚得材料,兩側(cè)表面得溫差為1度(K,℃),在1小時(shí)內(nèi),通過1平方米面積傳遞得熱量,單位為瓦/米?度(W/m?K)(二)傳熱性水得傳熱性很差。在常壓下20℃時(shí),液態(tài)水得導(dǎo)熱系數(shù)為0、5w/(m、K);冰得導(dǎo)熱系數(shù)2、22w/(m、K);雪得導(dǎo)熱系數(shù)與其密度有關(guān),當(dāng)雪得密度為100kg/m3時(shí),其導(dǎo)熱系數(shù)為0、1w/(m、K)。

因此,冬天植被覆蓋一層厚厚得雪,會(huì)很好地抵御寒冷得侵襲,使其免遭凍害。

也由于這一特性,天然水體封凍時(shí)冰體增厚得速度很緩慢,即使在水面長(zhǎng)期封凍時(shí),河流深處仍然可能呈現(xiàn)液體,因而對(duì)水下生命具有重要意義。水得這一特性對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)灌溉也有意義,如進(jìn)行冬灌能提高地溫,防止越冬作物受大氣低溫得凍害。

(三)蒸發(fā)熱(汽化熱)水從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)得過程叫做汽化,水表面得汽化現(xiàn)象叫做蒸發(fā)。

水得蒸發(fā)需要消耗熱量,就是個(gè)吸熱過程,單位質(zhì)量液態(tài)水蒸發(fā)為氣態(tài)水所需要得熱量稱作蒸發(fā)熱,也叫汽化熱。水得汽化熱隨著溫度升高而降低,

液態(tài)水得汽化和水汽得凝結(jié)都就是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,當(dāng)雙方達(dá)到平衡時(shí),宏觀得汽化現(xiàn)象即停止。此時(shí)液態(tài)水得壓強(qiáng)稱為飽和蒸氣壓強(qiáng),或稱作汽化壓強(qiáng)。水得汽化壓強(qiáng)于溫度有關(guān),不同溫度條件下水得汽化壓強(qiáng)見表。4

(四)冰(固態(tài)水)得融解熱

單位質(zhì)量得冰在融點(diǎn)時(shí)(0℃時(shí),)完全融解為同溫度得液態(tài)水所需得熱量,叫做冰得融解熱。

在0℃和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰得融解熱為6、0025kJ/mol。冰可以直接轉(zhuǎn)化為水汽,稱之為升華。水得升華需要熱量,就是蒸發(fā)熱和融解熱之和。

三、水得粘滯性水就是具有粘滯性得。當(dāng)水處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),若水質(zhì)點(diǎn)之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng),則質(zhì)點(diǎn)間要產(chǎn)生內(nèi)摩擦力抵抗其相對(duì)運(yùn)動(dòng),這種性質(zhì)稱為水得粘滯性,此內(nèi)摩擦力又稱為粘滯力。粘滯性就是水得基本性質(zhì)之一,只有在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才顯示出來,靜止?fàn)顟B(tài)不顯示粘滯性。

水就是一種理想得牛頓流體,符合牛頓內(nèi)摩擦力定律,即內(nèi)摩擦力大小與水得性質(zhì)有關(guān),并與流速梯度及接觸面積成正比,而與接觸面上得正壓力無關(guān)。即表面張力就是水以及固體得邊界分子聯(lián)結(jié)、“集合”、縮小體積(內(nèi)聚力)得一種能力。

水得表面分子凝聚形成張力膜,若要破壞張力膜需要相當(dāng)大得力。四、水得表面張力所有液體都有力圖縮小其表面得趨勢(shì),這就是由表面張力得作用造成得。表面張力僅在液體與其她介質(zhì)(如氣體或固體)分界面附近得液體表面產(chǎn)生,液體內(nèi)部并不存在,所以她就是一種局部受力現(xiàn)象。

由于表面張力很小,一般說來對(duì)液體得宏觀運(yùn)動(dòng)不起作用,可以忽略不計(jì),只有在某些特殊情況下,才顯示其影響,比如毛細(xì)作用。

由于表面張力所表現(xiàn)出得水得毛細(xì)作用,在自然界得威力就是巨大得:地下水得蒸發(fā)、土壤水得增減(補(bǔ)給排泄)、大氣降水對(duì)地下水得補(bǔ)給、植物得水分補(bǔ)給等等無不與之有關(guān)。56

五、水得彈性及壓縮性

壓強(qiáng)增高時(shí),分子間得距離減小,液體宏觀體積減小,這種性質(zhì)稱為液體得壓縮性。

因?yàn)樵趬毫︶尫艜r(shí),被壓縮得水得體積會(huì)相應(yīng)得增加,所以水得壓縮