水的來源，用途，現況 10 point

水（H2O）是由氫、氧兩種元素組成的無機物，在常溫常壓下為無色無味的透明液體。水是地球上最常見的物質之一，是包括人類在內所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人類很早就開始對水產生了認識，東西方古代樸素的物質觀中都把水視為一種基本的組成元素，水是中國古代五行之一；西方古代的四元素說中也有水。

水的性質

水在常溫常壓下為無色無味的透明液體。在自然界，純水是罕見的，水通常多是酸、鹼、鹽等物質的溶液，習慣上仍然把這種水溶液稱為水。純水可以通過蒸餾作用取得，當然，這也是相對意義上純水，不可能絕對沒有雜質。水是一種可以在液態、氣態和固態之間轉化的物質。固態的水稱為冰；氣態叫水蒸氣。



在20℃時，水的熱導率為0.006 J/s·cm·K，冰的熱導率為0.023 J/s·cm·K，在雪的密度為0.1×103 kg/m3時，雪的熱導率為0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃時最大，為1×103kg/m3，溫度高於3.98℃時，水的密度隨溫度升高而減小 ，在0～3.98℃時，水不服從熱脹冷縮的規律，密度隨溫度的升高而增加。水在0℃時，密度為0.99987×103 kg/m3，冰在0℃時，密度為0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。



水的熱穩定性很強，水蒸氣加熱到2000K以上，也只有極少量離解為氫和氧，但水在通電的條件下（電解）會離解為氫和氧。具有很大的內聚力和表面張力，除汞以外，水的表面張力最大，並能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。純水有極微弱的導電能力，但普通的水因含有少量電解質（如礦物質、溶解大氣中二氧化碳形成的碳酸）而有較強的導電能力。



水的來源



地球是太陽系八大行星之中唯一被液態水所覆蓋的星球。地球上水的起源在學術上存在很大的分歧，目前有幾十種不同的水形成學說。有觀點認為在地球形成初期，原始大氣中的氫、氧化合成水，水蒸氣逐步凝結下來並形成海洋；也有觀點認為，形成地球的星雲物質中原先就存在水的成分。另外的觀點認為，原始地殼中矽酸鹽等物質受火山影響而發生反應、析出水分。也有觀點認為，被地球吸引的彗星和隕石是地球上水的主要來源，甚至現在地球上的水還在不停增加。



水在地球上的分佈



地球表層水體構成了水圈，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川、積雪、地下水和大氣中的水。由於注入海洋的水帶有一定的鹽分， 加上常年的積累和蒸發作用，海和大洋里的水都是鹹水，不能被直接飲用。某些湖泊的水也是含鹽水。世界上最大的水體是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。歐亞大陸上的裡海是最大的鹹水湖。



地球上水的體積大約有 1 360 000 000 立方公里. 當中





海洋占了的1 320 000 000立方公里(或97.2%)。

冰川和冰蓋占了25 000 000立方公里(或1.8%)。

地下水佔了13 000 000立方公里(或者0.9%)。

湖泊，內陸海，和河裡的淡水占了250 000 立方公里(或0.02%)。

大氣中的水蒸氣在任何已知的時候都占了13 000立方公里(或0.001%)。

水的地理意義





對氣候的影響

水對氣候具有調節作用。大氣中的水氣能阻擋地球輻射量的60%，保護地球不致冷卻。海洋和陸地水體在夏季能吸收和積累熱量，使氣溫不致過高；在冬季則能緩慢地釋放熱量，使氣溫不致過低。



海洋和地表中的水蒸發到天空中形成了雲，雲中的水通過降水落下來變成雨，冬天則變成雪。落於地表上的水滲入地下形成地下水；地下水又從地層里冒出來，形成泉水，經過小溪、江河匯入大海。形成一個水循環。



雨雪等降水活動對氣候形成重要的影響。在溫帶季風性氣候中，季風帶來了豐富的水氣，形成明顯的乾濕兩季。



此外，在自然界中，由於不同的氣候條件，水還會以冰雹、霧、露水、霜等形態出現並影響氣候和人類的活動。







對地貌的影響

地球表面有71%被水覆蓋，從空中來看，地球是個藍色的星球。水侵蝕岩石土壤，沖淤河道，搬運泥沙，營造平原，改變地表形態。







對生命的影響

地球上的生命最初是在水中出現的。水是所有生物體的重要組成部分。人體中水占70%；而水母中98%都是水。水中生活著大量的水生植被等水生生物。



水有利於體內化學反應的進行，在生物體內還起到運輸物質的作用。 水對於維持生物體溫度的穩定起很大作用。



水的種類



不同的學科對水有著一些不同的稱呼：





根據水質的不同，可以分為：



軟水：硬度低於8度的水為軟水。

硬水：硬度高於8度的水為硬水。硬水會影響洗滌劑的效果，硬水加熱會有較多的水垢。

根據氯化鈉的含量，可以分為：







淡水。

鹹水

此外還有：





生物水：在各種生命體系中存在的不同狀態的水。

天然水：

土壤水：貯存於土壤內的水

地下水：貯存於地下的水

超純水：純度極高的水，多用於集成電路工業

結晶水：又稱水合水。在結晶物質中，以化學鍵力與離子或分子相結合的、數量一定的水分子。

重水的化學分子式為D2O，每個重水分子由兩個氘原子和一個氧原子構成。重水在天然水中占不到萬分之二，通過電解水得到的重水比黃金還昂貴。重水可以用來做原子反應爐的減速劑和載熱劑。

超重水的化學分子式為T2O，每個重水分子由兩個氚原子和一個氧原子構成。超重水在天然水中極其稀少，其比例不到十億分之一。超重水的制取成本比重水還要高上萬倍。

半重水的化學分子式為HDO，每個分子中含一個氫原子、一個氘原子和一個氧原子。用途不大。



與水相關的化學反應





水的電離與溶液pH值

水是一種極弱的電解質，它能微弱地電離: H2O+H2O↔H3O++OH− 通常H3O+簡寫為H+





水的離子積 Kw=[H+][OH−]

25度時，Kw=1×10−14

pH=−log10([H+])



pH<7，溶液為酸性，pH=7，溶液為中性，pH>7，溶液為鹼性。

能溶於水的酸性氧化物或鹼性氧化物都能與水反應，生成相應的含氧酸或鹼。酸和鹼發生中和反應生成鹽和水。水在電流的作用下能夠分解成氫氣和氧氣。鹼金屬和水接觸會發生燃燒。



在催化劑的作用下，無機物和有機物能夠與水進行水解反應：





有機物的水解：有機物分子中的某種原子或原子團被水分子的氫原子或羥基(-OH)代換，例如乙酸甲酯的水解：



CH3COOCH3+ H2O
圖片參考：http://upload.wikimedia.org/math/b/7/8/b78286a473d99ba959caf406cea7e493.png
CH3OH+ CH3COOH

無機物的水解：通常是鹽的水解，例如弱酸鹽乙酸鈉與水中的H+結合成弱酸，使溶液呈鹼性：



CH3COONa + H2O
圖片參考：http://upload.wikimedia.org/math/b/7/8/b78286a473d99ba959caf406cea7e493.png
CH3COOH + NaOH

此外，水本身也可以作為催化劑。







淡水短缺問題與對策

地球上水總儲量約為1.36x1018m3，但除去海洋等鹹水資源外，只有2.5%為淡水。淡水又主要以冰川和深層地下水的形勢存在，河流和湖泊中的淡水僅占世界總淡水的0.3%。



世界氣象組織於1996年初指出：缺水是全世界城市面臨的首要問題，估計到2050年，全球有46％的城市人口缺水。對於水資源稀少的地區來說，水已經超出生活資源的範圍，而成為戰略資源，由於水資源的稀有性，水戰爭爆發的可能性越來越高。



為讓全世界都關心淡水資源短缺的問題，第47屆聯合國大會確定每年3月22日為世界水日。

水文化

水在科學、哲學、宗教、文學、美術、體育、神話等中都有所體現。

水的利用

水是人類生活的重要資源，特別是農業需要大量水進行灌溉，人類文明的起源大多都在大河流域。早期城市一般都在水邊建立，以解決灌溉、飲用和排污問題。在人類日常生活中，水在飲用、清潔、洗滌等方面的作用不可或缺。



隨著科學技術的發展，人們興修水利，與水澇害和洪水等自然災害作鬥爭。因此形成了一些專門與水有關的研究領域，如水力學，水文科學，水處理等，甚而產生了以水為生的產業水產業。



工業生產和化工生產大量使用這種廉價的原料。但未經處理的廢水的任意排放就會造成水污染。為了解決這一問題，污水的處理就變得十分必要。 (見水污染和污水處理。)

1. 減緩氣溫的變化 -- 水的熱容量很大，可儲存大量的熱。也因此水比其他物質冷卻得慢，它的溫度直接影響了地球的氣溫。
2. 維持體溫 -- 水的汽化熱很高，一克水需要５４０卡才能蒸 發－約為一克汽油蒸發所須能量的七倍。同時，一克冰凝結成水會釋放５４０卡。這個特性是太陽熱量可傳佈全球的重要因素，也是人可維持體溫的原因。
3. 幫助傳送熱能 – 水在液體中是傳熱比較快的物質，並具有 高度流動性，可將所儲熱量由一地帶至另一地，所以海洋便可以把太陽的熱量傳到地球每一個角落。
4. 分解物質 -- 水能分解污穢，所以成為我們常用的的清潔劑。然而水因能溶解很多物質，故也易受污染。
5. 保護水生生物 -- 水是唯一結冰時擴張膨脹的物質，在極地天氣寒冷，水從頂部向下結凍。冰浮在水面上，令水底能保持一定溫度。若無這種性質，水生生物將不存在。

地球上的冰山溶化出來的