水的结构与特性

水的特性与水分子的化学结构有关。水由氢、氧两种元素构成，每个水分子都是由两个氢原子和一个氧原子组成的（H2O）。也就是说，1个单位体积的水分子分解后可产生2个单位体积的氢气和1个单位体积的氧气。水分子具有独特的结构。水分子有4对核外电子，呈四面体结构，其中2个电子对与2个氢原子共享，形成2个O-H共价键；另外2对是氧原子本身的孤对电子，氧原子位于水分子四面体的中心。H-O-H键角为104.5。由于氧原子的电负性比氢原子大得多，所以水分子中的两个共享电子对趋近氧而偏离氢，使得水分子成为具有很大偶极矩的极性分子。分子极性的大小能直接影响范德华力（van der Waals）的大小，进而影响物质熔点和沸点的高低及物质的溶解度。

由于分子间的相互影响，液态水分子的偶极矩较气态水分子的偶极矩大。由于偶极矩的存在，水分子中的氧原子就可以通过正、负电荷间的静电作用，吸引周围四个水分子中的氢原子，产生氢键。正是由于氢键的存在，使得水分子和同族分子相比具有特异性。分子间氢键力的大小为18.81kJ/mol，约为0-H共价键的1/20。因此，冰溶化成水，或水挥发成水汽，都需要由外界的能量将这些氢键打破。处于自然界中的水，并非单分子形态，而多为水分子的聚合体。水分子聚合体包括单水分子、双水分子及三水分子三种。这种多水分子缔合，常称“水分子簇”。

水的分子结构决定了水与一般物质相比，其物理化学性质具有特异性，包括水的密度、冰点和沸点、比热容、汽化热、表面张力和附着力、动力粘滞性、溶解性及水的介电常数等。正是由于水在热力、动力、光、电、磁等方面的特异性，才使水在自然界的物质与能量输移过程中至关重要。