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经无烟煤滤料过滤后水的物理化学性质

阅读：536发布时间：2013-4-12

水分子的结构
先从水分子的结构说起，水分子（H2O）是由两个氢原子和一个氧原子构成的。在水分子中，氢氧原子核呈等腰三角形排列，氧原子核位于三角形的顶角上，两个氢原子核位于两个底角上，两腰夹角为104°45′，在O-H线从O原子算起约0.6键长处是构成O-H共价健的两个电子，在HOH的等分角线延长处垂直于HOH平面上下各有一对O原子的弧对电子，如图1-1（a）所示。两个水分子间会形成氢键，即一个水分子中的H原子与另一个水分子中的O原子通过氢键相连接，形成缔和水分子，如图1-1（b）所示。
由于水分子的*结构，使得水表现为两个特殊性质：一是在O原子一端带负电，而在H原子一端带正电，表现出是一个极性较强的分子；二是O原子的孤对电子和另一水分子的H核可形成氮键，使得水除以单分子形式存在之外，若干水分子可形成由氢键联起来的缔和水分子簇，因此常表示（H2O）n，缔和水分子簇在水分子的热运动及外力的影响下，其组成的n值是不确定的。

增高或降低水温，缔和水分子的氢键会发生变化。水温增高时，氢键发生断裂，值降低，单个水分子数且增加，反之亦然。水温与水分子形式间的关系见表1-1。

表1-1 水温与水分子形式间的存在
水分子形式\水温	冰	水
水分子形式\水温	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.水的缔合作用与密度
相邻水分子间由氢键联结，使水能以缔和水分子簇（H2O）n的巨型分子形式存在，这种由单分子水结合成多分子水而不引起水的化学性质改变的现象称为水分子的缔合作用。
水分子缔合可用下列平衡表示：
nH2O→（放热）（H2O）n+Q（热能）←（吸热）
单体水　　　　　缔合体水
水的缔合随温度的升高而减弱，当温度为4℃时，缔合程度zui大。水的密度也zui大。自然界中的水只有以气态存在时才呈单分子状态，而以液态及固态存在时均呈多分子形式存在。（H2O）n中的n主要取决于温度，一般认为在标准大气压和20℃时，n的平均值为40左右.只有水温接近200-300℃时，n值才接近 1，即具有单分子水的形式。
水的密度在4℃（严格讲为3.98℃）时，密度达到zui大1.0000g/cm3超过或低于此温度时，体积增大，密度减小。0℃时，水的密度为0.9999/cm3，而0℃时的冰体积增大，密度降为0.9168g/cm3。

水的表面张力
液体自由表面的分子，由于液体内部分子对它们的吸引，会受到一种要将它们向内部吸引的力，这就是表面张力，从而使液面具有缩小的趋势，即表面张力就是作用于液体表面边界单位长度上的力，水的表面张力随温度升高而减小，见表1-2。

表1-2 水温与表面张力的关系
温度（K）	273	323	373	473	523	573	623	647
表面张力（*10 -5N/cm）	75.5	63.1	51.5	29.0	18.9	9.6	1.6	0

水依靠较大的表面张力产生毛细现象，而且在很大程度上也影响水溶液中的吸附现象，如水在18℃ （291K）时，表面张力为73*10 -5N/cm。可使直径为0.1mm的毛细管中的水位上升15cm。水中加入溶解的盐类也可增加表面张力，无烟煤滤料加入表面活性剂可减小表面张力。
水的热性质
水的热传导、比热容、熔化热、汽化热及热膨胀系数几乎比所有其他液体都高，同时具有很高的沸点。
所谓热传导是指物质传导热的能力，以导热系数表示；比热容是指单位质量物质升高1℃时所吸收的热量，水的摩尔比热容为75.3J/（mol·℃）；熔化热是指1mol固体物质在熔点时由固态转变为液态所吸收的热量；汽化热是指1mol液体在沸点时从液态转变为气态所吸收的热量；热膨胀系数表示物体受热后所具有的膨胀能力。由于水具有上述热性质，起到调节自然界温度的作用，使得地球上的气候适合于人类居住及动植物的生长。
水在101325Pa的压力下沸点为100℃，水在达到沸点以前有着很长的液态阶段，这一特殊性是因为水分子偶极间引力大大超过一般液体，是水分子间强烈氢键缔合作用造成的。冰的熔化热为6.02kJ/mol，水的汽化热为40.7kJ/mol。
黏度与流动性
水具有较小的黏度和较大的流动性，水分子的极性和氢健共同决定了水的这一特点。当温度增高时，水的黏度减小，另一方面，当水中溶盐含量增高时，黏度增大，所以海水较淡水黏度高。
压力对水的黏度具有影响，当水处于中等压力时，黏度较小，当压力继续增加时，水的黏度将会随压力的增加而增大。
水的导电性能
水具有很高的介电效应，介电效应一般用介电常数来表征，介电常数ε是指在某种介质中两电荷间引力或斥力比在真空或空气里减少的量。介电常数越大，两电荷质点间的引力越小；反之，则越大。在常温下，水的介电常数为81，表示正负电荷在水中的相互吸引力比在真空或空气中减1/81；在0℃时，水的介电常数为 88；100℃时为56。
极纯的水几乎不导电，即它的电阻率很大。水本身为弱电解质，只有极少的分子离解成H+和OH-。理论上的纯水在25℃时的电导率为0.054uS/cm，电阻率为18.519MΩ·cm。在水中溶有电解质时，导电能力增加。
水的光学性质
水的透明度与通过它的光线的波长有关，紫外线能*透过水，而红外线则很难透过。水可吸收大部分可见光中的橙色和红色，故蓝色光可透过较厚的水层。
物质之所以呈现不同的颇色，是由于其对不同波长的光有不同程度的透射与反射的结果。对于透明的物质呈现的是透过光的颜色，无烟煤滤料对于不透明的物质呈现的是反射光的颜色。
溶液的颜色是因它选择性地吸收某波长的光而呈现吸收光互补色的颜色。水中细小的悬浮物与胶体粒子会降低水的透明度。并产生光的散射，使水浑浊。
盐类离子的水化作用
由于水是极性分子，水分子中的正极（H）被水中阴离子所吸引，负极（O）则被水中阳离子所吸引。由于水中离子与水分子偶极间的相互吸引作用，使水中正、负离子周围为水分子所包围，这种作用称为盐类离子的水化作用，这也是多数盐类离子溶于水的主要原因。
离子水化后生成水合离子，如水合铁离子Fe（H2O）62+、水合亚铁离子Fe（H2O）63+、水合铝离子AL（H2O）63+和水合氢离子H3O+等。
水的电离及平衡
水分子的另一个重要特性是两性电解质，即水分子具有酸（提供质子H+）和碱（夺取质子）的双重性质。因而水具有电离作用，即：H2O→←H+ + OH-
在水溶液中，带正电荷的质子H+和极性水分子的带负电荷的一端结合在一起，成为水合氢离子（水和质子）H3O+，因此上式可以写为：H2O+H2O→←H3O+ + OH-
因而在水分子之间存在着质子的传递作用，这种作用的平衡常数称为水的离解常数，用K表示：
K=[H3O+][OH-]
水合质子H3O+常常简写为H+，因而上式可以简写为K=[H3O+][OH-]。常数K也就是水的离子积，在25℃时，等于10 -14，因而:K=10 -14或pK=14
K只与温度有关，而与溶液中H+及OH-的浓度无关。水溶液中H+及OH-的浓度反映了溶液的酸碱性。
溶液中H+的有效浓度（活度）用负对数表示，即：pH=-1g[H+]
水电离时所产生的H+和OH-数量相等，在不含任何杂质的纯水中：[H+]=[OH-]=10 -7mol/L
用负对数形式表示时，则：pH=pOH=7
pH+pOH=14
当pH=7时，表示水呈中性；当pH>7时，水中[OH-]>[H+]，水呈碱性，pH值越大，水的碱性越强；当pH<7时，水中 [H+]>[OH-]，水呈酸性，pH值越小，水的酸性越强。

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