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經無煙煤濾料過濾后水的物理化學性質

閱讀：488發布時間：2013-4-12

水分子的結構
先從水分子的結構說起，水分子（H2O）是由兩個氫原子和一個氧原子構成的。在水分子中，氫氧原子核呈等腰三角形排列，氧原子核位于三角形的頂角上，兩個氫原子核位于兩個底角上，兩腰夾角為104°45′，在O-H線從O原子算起約0.6鍵長處是構成O-H共價健的兩個電子，在HOH的等分角線延長處垂直于HOH平面上下各有一對O原子的弧對電子，如圖1-1（a）所示。兩個水分子間會形成氫鍵，即一個水分子中的H原子與另一個水分子中的O原子通過氫鍵相連接，形成締和水分子，如圖1-1（b）所示。
由于水分子的*結構，使得水表現為兩個特殊性質：一是在O原子一端帶負電，而在H原子一端帶正電，表現出是一個極性較強的分子；二是O原子的孤對電子和另一水分子的H核可形成氮鍵，使得水除以單分子形式存在之外，若干水分子可形成由氫鍵聯起來的締和水分子簇，因此常表示（H2O）n，締和水分子簇在水分子的熱運動及外力的影響下，其組成的n值是不確定的。

增高或降低水溫，締和水分子的氫鍵會發生變化。水溫增高時，氫鍵發生斷裂，值降低，單個水分子數且增加，反之亦然。水溫與水分子形式間的關系見表1-1。

表1-1 水溫與水分子形式間的存在
水分子形式\水溫	冰	水
水分子形式\水溫	0℃	0℃	4℃	38℃	93℃
H2O	0	19%	20%	29%	36%
（H2O）2	41%	58%	59%	50%	51%
（H2O）3	59%	23%	21%	21%	13%

水的特性
1.水的締合作用與密度
相鄰水分子間由氫鍵聯結，使水能以締和水分子簇（H2O）n的巨型分子形式存在，這種由單分子水結合成多分子水而不引起水的化學性質改變的現象稱為水分子的締合作用。
水分子締合可用下列平衡表示：
nH2O→（放熱）（H2O）n+Q（熱能）←（吸熱）
單體水　　　　　締合體水
水的締合隨溫度的升高而減弱，當溫度為4℃時，締合程度zui大。水的密度也zui大。自然界中的水只有以氣態存在時才呈單分子狀態，而以液態及固態存在時均呈多分子形式存在。（H2O）n中的n主要取決于溫度，一般認為在標準大氣壓和20℃時，n的平均值為40左右.只有水溫接近200-300℃時，n值才接近 1，即具有單分子水的形式。
水的密度在4℃（嚴格講為3.98℃）時，密度達到zui大1.0000g/cm3超過或低于此溫度時，體積增大，密度減小。0℃時，水的密度為0.9999/cm3，而0℃時的冰體積增大，密度降為0.9168g/cm3。

水的表面張力
液體自由表面的分子，由于液體內部分子對它們的吸引，會受到一種要將它們向內部吸引的力，這就是表面張力，從而使液面具有縮小的趨勢，即表面張力就是作用于液體表面邊界單位長度上的力，水的表面張力隨溫度升高而減小，見表1-2。

表1-2 水溫與表面張力的關系
溫度（K）	273	323	373	473	523	573	623	647
表面張力（*10 -5N/cm）	75.5	63.1	51.5	29.0	18.9	9.6	1.6	0

水依靠較大的表面張力產生毛細現象，而且在很大程度上也影響水溶液中的吸附現象，如水在18℃ （291K）時，表面張力為73*10 -5N/cm。可使直徑為0.1mm的毛細管中的水位上升15cm。水中加入溶解的鹽類也可增加表面張力，無煙煤濾料加入表面活性劑可減小表面張力。
水的熱性質
水的熱傳導、比熱容、熔化熱、汽化熱及熱膨脹系數幾乎比所有其他液體都高，同時具有很高的沸點。
所謂熱傳導是指物質傳導熱的能力，以導熱系數表示；比熱容是指單位質量物質升高1℃時所吸收的熱量，水的摩爾比熱容為75.3J/（mol·℃）；熔化熱是指1mol固體物質在熔點時由固態轉變為液態所吸收的熱量；汽化熱是指1mol液體在沸點時從液態轉變為氣態所吸收的熱量；熱膨脹系數表示物體受熱后所具有的膨脹能力。由于水具有上述熱性質，起到調節自然界溫度的作用，使得地球上的氣候適合于人類居住及動植物的生長。
水在101325Pa的壓力下沸點為100℃，水在達到沸點以前有著很長的液態階段，這一特殊性是因為水分子偶極間引力大大超過一般液體，是水分子間強烈氫鍵締合作用造成的。冰的熔化熱為6.02kJ/mol，水的汽化熱為40.7kJ/mol。
黏度與流動性
水具有較小的黏度和較大的流動性，水分子的極性和氫健共同決定了水的這一特點。當溫度增高時，水的黏度減小，另一方面，當水中溶鹽含量增高時，黏度增大，所以海水較淡水黏度高。
壓力對水的黏度具有影響，當水處于中等壓力時，黏度較小，當壓力繼續增加時，水的黏度將會隨壓力的增加而增大。
水的導電性能
水具有很高的介電效應，介電效應一般用介電常數來表征，介電常數ε是指在某種介質中兩電荷間引力或斥力比在真空或空氣里減少的量。介電常數越大，兩電荷質點間的引力越小；反之，則越大。在常溫下，水的介電常數為81，表示正負電荷在水中的相互吸引力比在真空或空氣中減1/81；在0℃時，水的介電常數為 88；100℃時為56。
極純的水幾乎不導電，即它的電阻率很大。水本身為弱電解質，只有極少的分子離解成H+和OH-。理論上的純水在25℃時的電導率為0.054uS/cm，電阻率為18.519MΩ·cm。在水中溶有電解質時，導電能力增加。
水的光學性質
水的透明度與通過它的光線的波長有關，紫外線能*透過水，而紅外線則很難透過。水可吸收大部分可見光中的橙色和紅色，故藍色光可透過較厚的水層。
物質之所以呈現不同的頗色，是由于其對不同波長的光有不同程度的透射與反射的結果。對于透明的物質呈現的是透過光的顏色，無煙煤濾料對于不透明的物質呈現的是反射光的顏色。
溶液的顏色是因它選擇性地吸收某波長的光而呈現吸收光互補色的顏色。水中細小的懸浮物與膠體粒子會降低水的透明度。并產生光的散射，使水渾濁。
鹽類離子的水化作用
由于水是極性分子，水分子中的正極（H）被水中陰離子所吸引，負極（O）則被水中陽離子所吸引。由于水中離子與水分子偶極間的相互吸引作用，使水中正、負離子周圍為水分子所包圍，這種作用稱為鹽類離子的水化作用，這也是多數鹽類離子溶于水的主要原因。
離子水化后生成水合離子，如水合鐵離子Fe（H2O）62+、水合亞鐵離子Fe（H2O）63+、水合鋁離子AL（H2O）63+和水合氫離子H3O+等。
水的電離及平衡
水分子的另一個重要特性是兩性電解質，即水分子具有酸（提供質子H+）和堿（奪取質子）的雙重性質。因而水具有電離作用，即：H2O→←H+ + OH-
在水溶液中，帶正電荷的質子H+和極性水分子的帶負電荷的一端結合在一起，成為水合氫離子（水和質子）H3O+，因此上式可以寫為：H2O+H2O→←H3O+ + OH-
因而在水分子之間存在著質子的傳遞作用，這種作用的平衡常數稱為水的離解常數，用K表示：
K=[H3O+][OH-]
水合質子H3O+常常簡寫為H+，因而上式可以簡寫為K=[H3O+][OH-]。常數K也就是水的離子積，在25℃時，等于10 -14，因而:K=10 -14或pK=14
K只與溫度有關，而與溶液中H+及OH-的濃度無關。水溶液中H+及OH-的濃度反映了溶液的酸堿性。
溶液中H+的有效濃度（活度）用負對數表示，即：pH=-1g[H+]
水電離時所產生的H+和OH-數量相等，在不含任何雜質的純水中：[H+]=[OH-]=10 -7mol/L
用負對數形式表示時，則：pH=pOH=7
pH+pOH=14
當pH=7時，表示水呈中性；當pH>7時，水中[OH-]>[H+]，水呈堿性，pH值越大，水的堿性越強；當pH<7時，水中 [H+]>[OH-]，水呈酸性，pH值越小，水的酸性越強。

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