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經(jīng)無煙煤濾料過濾后水的物理化學(xué)性質(zhì)

閱讀：493發(fā)布時(shí)間：2013-4-12

水分子的結(jié)構(gòu)
先從水分子的結(jié)構(gòu)說起，水分子（H2O）是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)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(gè)氫原子核位于兩個(gè)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(gòu)成O-H共價(jià)健的兩個(gè)電子，在HOH的等分角線延長處垂直于HOH平面上下各有一對(duì)O原子的弧對(duì)電子，如圖1-1（a）所示。兩個(gè)水分子間會(huì)形成氫鍵，即一個(gè)水分子中的H原子與另一個(gè)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(jié)構(gòu)，使得水表現(xiàn)為兩個(gè)特殊性質(zhì)：一是在O原子一端帶負(fù)電，而在H原子一端帶正電，表現(xiàn)出是一個(gè)極性較強(qiáng)的分子；二是O原子的孤對(duì)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(lián)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(yùn)動(dòng)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(huì)發(fā)生變化。水溫增高時(shí)，氫鍵發(fā)生斷裂，值降低，單個(gè)水分子數(shù)且增加，反之亦然。水溫與水分子形式間的關(guān)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(lián)結(jié)，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(jié)合成多分子水而不引起水的化學(xué)性質(zhì)改變的現(xiàn)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(dāng)溫度為4℃時(shí)，締合程度zui大。水的密度也zui大。自然界中的水只有以氣態(tài)存在時(shí)才呈單分子狀態(tài)，而以液態(tài)及固態(tài)存在時(shí)均呈多分子形式存在。（H2O）n中的n主要取決于溫度，一般認(rèn)為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和20℃時(shí)，n的平均值為40左右.只有水溫接近200-300℃時(shí)，n值才接近 1，即具有單分子水的形式。
水的密度在4℃（嚴(yán)格講為3.98℃）時(shí)，密度達(dá)到zui大1.0000g/cm3超過或低于此溫度時(shí)，體積增大，密度減小。0℃時(shí)，水的密度為0.9999/cm3，而0℃時(shí)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(nèi)部分子對(duì)它們的吸引，會(huì)受到一種要將它們向內(nèi)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(guān)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(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，而且在很大程度上也影響水溶液中的吸附現(xiàn)象，如水在18℃ （291K）時(shí)，表面張力為73*10 -5N/cm。可使直徑為0.1mm的毛細(xì)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(zhì)
水的熱傳導(dǎo)、比熱容、熔化熱、汽化熱及熱膨脹系數(shù)幾乎比所有其他液體都高，同時(shí)具有很高的沸點(diǎn)。
所謂熱傳導(dǎo)是指物質(zhì)傳導(dǎo)熱的能力，以導(dǎo)熱系數(shù)表示；比熱容是指單位質(zhì)量物質(zhì)升高1℃時(shí)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(zhì)在熔點(diǎn)時(shí)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)所吸收的熱量；汽化熱是指1mol液體在沸點(diǎn)時(shí)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)所吸收的熱量；熱膨脹系數(shù)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(zhì)，起到調(diào)節(jié)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(dòng)植物的生長。
水在101325Pa的壓力下沸點(diǎn)為100℃，水在達(dá)到沸點(diǎn)以前有著很長的液態(tài)階段，這一特殊性是因?yàn)樗肿优紭O間引力大大超過一般液體，是水分子間強(qiáng)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(dòng)性
水具有較小的黏度和較大的流動(dòng)性，水分子的極性和氫健共同決定了水的這一特點(diǎn)。當(dāng)溫度增高時(shí)，水的黏度減小，另一方面，當(dāng)水中溶鹽含量增高時(shí)，黏度增大，所以海水較淡水黏度高。
壓力對(duì)水的黏度具有影響，當(dāng)水處于中等壓力時(shí)，黏度較小，當(dāng)壓力繼續(xù)增加時(shí)，水的黏度將會(huì)隨壓力的增加而增大。
水的導(dǎo)電性能
水具有很高的介電效應(yīng)，介電效應(yīng)一般用介電常數(shù)來表征，介電常數(shù)ε是指在某種介質(zhì)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(shù)越大，兩電荷質(zhì)點(diǎn)間的引力越?。环粗?，則越大。在常溫下，水的介電常數(shù)為81，表示正負(fù)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(shí)，水的介電常數(shù)為 88；100℃時(shí)為56。
極純的水幾乎不導(dǎo)電，即它的電阻率很大。水本身為弱電解質(zhì)，只有極少的分子離解成H+和OH-。理論上的純水在25℃時(shí)的電導(dǎo)率為0.054uS/cm，電阻率為18.519MΩ·cm。在水中溶有電解質(zhì)時(shí)，導(dǎo)電能力增加。
水的光學(xué)性質(zhì)
水的透明度與通過它的光線的波長有關(guān)，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(lán)色光可透過較厚的水層。
物質(zhì)之所以呈現(xiàn)不同的頗色，是由于其對(duì)不同波長的光有不同程度的透射與反射的結(jié)果。對(duì)于透明的物質(zhì)呈現(xiàn)的是透過光的顏色，無煙煤濾料對(duì)于不透明的物質(zhì)呈現(xiàn)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(xiàn)吸收光互補(bǔ)色的顏色。水中細(xì)小的懸浮物與膠體粒子會(huì)降低水的透明度。并產(chǎn)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(fù)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(fù)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(shù)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(gè)重要特性是兩性電解質(zhì)，即水分子具有酸（提供質(zhì)子H+）和堿（奪取質(zhì)子）的雙重性質(zhì)。因而水具有電離作用，即：H2O→←H+ + OH-
在水溶液中，帶正電荷的質(zhì)子H+和極性水分子的帶負(fù)電荷的一端結(jié)合在一起，成為水合氫離子（水和質(zhì)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(zhì)子的傳遞作用，這種作用的平衡常數(shù)稱為水的離解常數(shù)，用K表示：
K=[H3O+][OH-]
水合質(zhì)子H3O+常常簡寫為H+，因而上式可以簡寫為K=[H3O+][OH-]。常數(shù)K也就是水的離子積，在25℃時(shí)，等于10 -14，因而:K=10 -14或pK=14
K只與溫度有關(guān)，而與溶液中H+及OH-的濃度無關(guān)。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(fù)對(duì)數(shù)表示，即：pH=-1g[H+]
水電離時(shí)所產(chǎn)生的H+和OH-數(shù)量相等，在不含任何雜質(zhì)的純水中：[H+]=[OH-]=10 -7mol/L
用負(fù)對(duì)數(shù)形式表示時(shí)，則：pH=pOH=7
pH+pOH=14
當(dāng)pH=7時(shí)，表示水呈中性；當(dāng)pH>7時(shí)，水中[OH-]>[H+]，水呈堿性，pH值越大，水的堿性越強(qiáng)；當(dāng)pH<7時(shí)，水中 [H+]>[OH-]，水呈酸性，pH值越小，水的酸性越強(qiáng)。

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