专 栏 由本公司的职员撰写的专栏是关于[水]的小常识和专门性的知识、请一定阅读

第1篇 水从哪里来
第2篇 海洋的诞生
第3話 月球上是否没有海洋
第4篇 为什么会下雨
第5篇 雨水可溶解的物质
第6話 海洋对二氧化碳进行固定
第7篇 为什么海水的味道是咸的
第8篇 海洋对二氧化碳进行固定
第9篇 水是否也是一颗一颗
第10篇 成分的键合形式
第11篇 水的化学原理①
第12篇 水的作用②
专栏作家:赤崎正照(技术顾问)

第1篇 水从哪里来

环绕地球旋转的哈勃天文望远镜,其名字来自于一位名为哈勃的天文学家,该天文学家通过大量观测,发现离地球越远的星球会以越快的速度远离地球。打个比方,这种宇宙膨胀就像是不断膨胀的气球表面。此后,人们提出了一种假说,即宇宙像气球那样,在膨胀前应该存在一个点,然后从这一个点开始,宇宙出现了时间,并开始膨胀。
支持这种假说的就是伽莫夫所提出的大爆炸理论。这种理论认为,由于在一个点上产生了超高温,结果使得混混沌沌的初生宇宙在出现后的短时间内,生成氢和氦。理论所推导出的氢和氦在宇宙空间中存在的数量比例相近,这就增加了这种假说的可信性。
根据COBI或WMAP对宇宙背景辐射的观测,曾被认为是均一的宇宙从其形成初期开始,就存在某种不稳定,由此所形成的不均一使得气体集中在一起,并达到可使得中心压力能将氢融合在一起,并形成氦所需的质量,由此生成的巨大能量产生火焰,使得宇宙中再度亮起明亮的灯火。
核聚变进一步加强,由此生成碳和氧这些原子序数低的原子。由于铁原子序数以上的原子的核聚变会产生出负的能量,因此核聚变便在铁原子为最大原子序数阶段停止。能量补充的下降促使内部压力降低,由此引发星球重力塌陷。此时,质量比太阳还大的星球引起超新星爆炸,碎片向四面八方迸射在宇宙当中。在此情况下,从重力塌陷到爆炸这个时间段内,原子承受着各种各样的压力,导致快速地产生核聚变,继而生成了地球上所看到的,比铁原子还重的重原子。
地球就是从这种第一代以后的星球的碎屑中诞生出来的。也就是说,水、元素和生命都是由星球的核聚变生成的。“因此,水是穿越了那个星球和那个空间来到地球的。”

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第2篇 海洋的诞生

生的地球不断地与小行星碰撞和分离,使得质量在不断增加。同时,因碰撞所产生的热能使得地表熔化,继而形成岩浆海,小行星所含有的二氧化碳和水蒸气蒸发后形成了原始大气。
据推测,因为有了这种经历,因此地球上的原始大气与现在金星(二氧化碳96%、氮3.5%、二氧化硫 0.015%)上的大气相似。由于温室效应,金星的地表温度在400℃以上,气压达90个大气压。幸运的是,地球温度在逐渐下降,大气中的蒸气变成液体落到地面上,在地面上形成了最早的海洋。
水将大气中的二氧化碳溶解后,渗透到地内,溶解后的二氧化碳与地壳中的碱性成分起反应,并被不断地固定下来。在此过程中,逐渐过渡为以氮为主体的大气,而且,在32亿年前出现了可制造出氧的光合细菌——蓝细菌,由此形成了现在大气的基础。以上这些就是目前所了解到的地球、海洋以及大气的出现经过。
在此过程中,最重要的事情就是地球与金星不同,地球大气中的水蒸气可变成液态的水。但是,遗憾的是,地球大气温度下降的原因至今还没了解清楚。
因此,人们想象,在地球出现的初期,并不存在具有类似于现在金星大气那种浓度的大气。
隼鸟号探测器所到达的小行星丝川(ITOKAWA)和其质量比丝川星大得多的月球也几乎不存在大气。
即使质量大于月球的火星,其大气压也只不过是0.075个大气压而已。星球上的大气浓度基本上与星球的质量成正比。
位于上层大气层的气体成分在阳光的照射下,会获得足以摆脱星球重力,逃逸到宇宙中的速度。就气体所获得的速度而言,分子(原子)量越小,其速度就越快。例如,可留住氢分子的行星只有土星和木星。如果地球是因小行星的碰撞和聚集而形成的,那么,我们可以想象出“小行星不存在足以将气体留住的质量,各小行星聚集在一起而形成的原始地球上即使有大气,也是稀薄的大气,不存在浓厚的大气。”
这种假说认为,因小行星聚集在一起,形成了相当于现在地球一半左右的质量(可将水蒸气留住)后,便捕捉到了飘浮在宇宙当中的气体状成分,继而逐步形成了原始地球上的大气。
初生的地球不断地与小行星碰撞和分离,使得质量在不断增加。同时,因碰撞所产生的热能使得地表熔化,继而形成岩浆海,小行星所含有的二氧化碳和水蒸气蒸发后形成了原始大气。
据推测,因为有了这种经历,因此地球上的原始大气与现在金星(二氧化碳96%、氮3.5%、二氧化硫 0.015%)上的大气相似。由于温室效应,金星的地表温度在400℃以上,气压达90个大气压。幸运的是,地球温度在逐渐下
第2篇 海洋的诞生

降,大气中的蒸气变成液体,落到地面上,在地面上形成了最早的海洋水将大气中的二氧化碳溶解后,渗透到地球内部,溶解后的二氧化碳与地壳中的碱性成分起反应,并被不断地固定下来。在此过程中,逐渐过渡为以氮为主体的大气,而且,在32亿年前出现了可制造出氧的光合细菌——蓝细菌,由此形成了现在大气的基础。以上这些就是目前所了解到的地球、海洋以及大气的出现经过。
在此过程中,最重要的事情就是地球与金星不同,地球大气中的水蒸气可变成液态的水。但是,遗憾的是,地球大气温度下降的原因至今还没了解清楚。

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第3篇 月球上是否没有海洋

大家都会觉得奇怪的一件事就是,尽管地球上水多得泛滥,但月球上既没有大气,也没有海洋。在月球表面,虽然存在如静海这样的,含有海字的地形名称。但这只是因为看到这些地方地形平坦,而且看上去有些发黑才起这样的名字的,人们已经确认到,月球表面上既没有大气,也没有水。但是,人们还发现,在月球背面(太阳光照射不到的地方)有水的存在。足以摆脱地球重力的逃逸速度为11.2km/秒。由于月球的质量很小,仅为地球的1/80,因此其逃逸速度为2.4km/秒,相对较小。也就是说,在月球上,如果物体的速度超过2.4 km/秒,那么它就不可能停留在月球上。

最近,在报纸所报道的“太阳风帆船”文章中称,太阳光如同吹过大洋的风那样,可以使宇宙帆船移动。其原因是太阳光具有连重量较大的帆船也能移动的力量。太阳光具有力量,这可以从彗星彗尾的观测中确认得到。彗尾总是在太阳的相反一侧扫过。这是在太阳热量作用下所生成的水蒸气和微细粒子因受太阳光的影响而飞跃到相反一侧所产生的现象。
当我们投掷石块时,如果投掷力度相同,那么体积较小的石块的飞行速度会比大得连手都不能完全拿住的大石块的飞行速度更快,飞行距离更远。一个水蒸气(H2O)分子的重量为3×10^-23g,如果太阳光可移动宇宙帆船的话,那么当太阳光与这种重量的水分子相互碰撞后,就会赋予水分子一种足以从星球上逃逸出去的速度。获得这种速度后,气体就会在漫长岁月中几乎消失殆尽,这样一来,不要说形成海洋,就连大气也无法存在。
观察一下《太阳光的波长和能量曲线图》就会知道,太阳光直至200nm左右的波长均可利用。考虑到宇宙射线和强烈的太阳活动因素,我们以125nm波长为上限,并将气体成分可获得的最大速度(假设波长的全部能量可转换成动量)汇总成表格。在月球表面,即使是分子量较大的二氧化碳,当其接触到624nm光线后,其速度就会达到3 km/秒,从而超过了月球的逃逸速度。因此,在月球上,不要说海洋,连大气也几乎无法存在。即便是质量相当于月球8.7倍的火星(逃逸速度为5.0km/秒),也难以将气体留住。在计算上,质量只要相当于火星的4倍,那么就能形成可留住水蒸气的大气。顺便说一句,地球的质量是火星的9.3倍。

第3篇 月球上是否没有海洋 1

第3篇 月球上是否没有海洋 2
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第4篇 为什么会下雨

让我们想象一下完全不存在膜的阻力(例如肥皂泡)的情景。如果没有膜的阻力,那么不管周边环境如何变化,肥皂泡的内部压力都会长期地与大气压力保持平衡。在0℃下,将完全不含湿气的,体积为1m3的空气封闭在肥皂泡内,并加入52.6g的水。一部分水会不断地溶入到空气当中,直至所具有的能量与蒸气所具有的能量相等为止。
水的溶入量随着温度的变化而变化,各温度下所残留的水和溶入到空气中的水量如图所示。

本来,随着水的溶入和温度的上升,空气的容积会增大。但我们在此忽略容积的变化。
在40℃下,52.6g水几乎都溶入到空气当中;在20℃下可溶入17.3g;而在0℃下,则只能溶入4.9g。
这次,我们反过来考虑一下20℃的饱和空气降低到0℃;40℃的饱和空气降低到20℃后的状态。
在这种条件下,相差的12.4g/m3和35.3g/m3部分就会作为雨水落下来。假设大气层具有1km×10km×5km的容积,那么落下来的雨量便是620000吨和1765000吨。在某些冷暖气流重叠的前锋面积的影响下,每小时的降水量超过100mm并不奇怪。这样一来,当温度高的大气冷却后(在可观察到冷暖气流接触-前锋-或积雨云的高空中,温度下降),若空气中含有超过该温度的蒸气,这时就会下雨。
洗涤物之所以会变干燥,其原理与下雨的原理刚好相反,附着在洗涤物上的水分(水蒸气)为了使得空气湿度达到饱和而不断地逃逸出来。温度越高,空气中可保持的水分量就越大,因此,温度和干燥度越高,干燥速度就会越快。为此,在自动洗衣机内,输送入已提高了温度和干燥度的空气后,就能在短时间内进行干燥。但是,即使在盛夏季节,如果傍晚下骤雨,那么洗涤物就会干得慢。这样,我们就会感到,与温度相比,干燥速度更大程度地取决于干燥度。

第4篇 为什么会下雨 1

第4篇 为什么会下雨 2

循环冷却水中的循环水冷却其原理就是,为了使所输送入的空气的蒸气压达到饱和,水从循环水中移动出来(蒸发),由此来进行冷却。水蒸发时,1kg的水需要540kcal的蒸发热。这种热量从循环水中补充,循环水温度对应于该蒸发程度而下降。开放式冷却等的设计标准中之所以存在干湿球的温度差规定,其理由所基于的原理与洗涤物的干燥相同,即冷却效率取决于空气的干燥度。

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第5篇 雨水可溶解的物质

降落到地面上的雨水与地表或地内的岩石相接触后,就会溶解构成岩石的成分,部分流入到形成盐湖的地区,更多的则是流入到海洋。
根据形成地壳的矿物质的成分存在量,可大致确定被雨水析出的成分。右表所示为地壳中成分的存在浓度。上方的4种成分占总体的88.3%,地壳中拥有岩石的具有代表性的组分。有句成语叫水滴石穿,这可令人想到在滴落下来的水所拥有的动量的作用下,石头被水开了一个洞。作为岩石主要成分的二氧化硅(SiO2)在25℃下具有120mg/L左右的溶解度。因此,形成地壳的各种岩石均具有可溶于水的性质。在此,将地壳所含成分分为可显示出强碱性的成分(Na,K,Ca.Mg)和具有强酸性的酸性成分(Cl,F,P,S,N,C[弱酸]),然后再对其存在比例进行研究。此时,我们可得出这样一个结果,即根据碳酸钙(CaCO3)的换算比,岩石中含有相当多的碱性成分。
在此不妨思考一下。“地球是通过与小行星相碰撞而形成的,在碰撞能量作用下产生的岩浆海生成二氧化碳和水蒸气。”
如果小行星中的二氧化碳是由碳酸钙这一类碳酸盐构成的,那么二氧化碳逃逸后所留下的残余物便具有碱性性质。尽管这种性状是否还残留至今仍是一个疑问,但从地壳的组成来看,溶解矿石后的雨水就肯定是偏于碱性的。但是,河水的pH值一般情况下是在中性附近。如果仅从pH值来看,那么就无法在我们的周围感到存在这种现象。这种现象是因雨水而生成的碱吸收了环境中所存在的二氧化碳,并被其中和,继而形成重碳酸盐而引起的。这种成分在水处理领域被称为酸消耗量pH4.8。如果在数值上标明这种浓度的话,那么就可判断该用水基本上含有碱性。
河水中所含成分的平均浓度如表所示。
不仅在日本,世界上很多地方的河水中均含有大量的重碳酸盐离子,河水的性状呈碱性。尽管有些地区存在呈强酸性或强碱性的河流和湖泊,但这只是因火山活动或温泉所导致的,并不属于雨水的范畴。雨水溶解岩石后,从岩石中析出的碱吸收二氧化碳,然后流入到盐湖或海洋。雨水同时也溶解包括钙离子等在内的阳离子,并使得这些离子流入到海洋。二氧化碳真正意义上的固定化是在雨水所流入的盐湖或海洋中进行的。
说到固定化,我们不禁会想起开篇所述的过程。如果我们考虑到沉淀于海底的碳酸盐回到地幔,并在那里被热分解,然后再次作为二氧化碳返回到地面上,且这个过程反复进行的话,那么就会觉得,地壳中之所以存在大量的碱性成分,其原因大概无需溯源到原始地球了。

第5篇 雨水可溶解的物质 1

第5篇 雨水可溶解的物质 2
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第6篇 海洋对二氧化碳进行固定

将二氧化碳送入到海底,并将其稳定下来,这一过程称为固定化。这种方法我们在上面已经研究过。海洋具有可基本上将二氧化碳固定下来的能力。二氧化碳溶入到水中的溶入量与大气中的二氧化碳浓度成正比。在25℃温度下,每1ppm大气中的二氧化碳浓度,就有0.0014mg/L的二氧化碳溶解到水(在海水中的数值比这个数值要低一些)中。现在大气中的二氧化碳浓度超过350ppm,在这种浓度下,就会有0.5mg/L的二氧化碳溶解到水中。在1m3的水中,仅溶解相当于半个一日元硬币的量。尽管溶解量很少,但如果在海水中以这种浓度溶解,那么溶解总量为6.85×1011吨,这是一个很庞大的量。但是,如果已完全溶解了这个数量,那么以二氧化碳溶解方式进行的海洋固定能力可以说已接近饱和。海洋所具有的良好的二氧化碳固定能力如果能使海水的pH值保持在目前的8.3水平,那么大致来说,作为已溶解的钙离子(Ca2+)和重碳酸盐离子(HCO3-)浓度的积55600这一数值就限制了两者的溶解度。
溶解浓度的积=400mgCa/L×139mgHCO3 /L=55600=一定
这个算式显示出,钙离子浓度越高,重碳酸盐离子浓度就越低;重碳酸盐离子浓度越高,钙离子浓度就越低。
在pH8.3的环境下,两者的积的浓度超过该数值后,碳酸钙(CaCO3)就会产生,并不断地下沉到海底中去。河水的世界平均浓度为,重碳酸盐离子浓度52.0mg/L、钙离子浓度13.4mg/L。但两者在海水中的浓度分别为139mg/L和400mg/L。之所以这样,是因为存在两者的浓度的积不能超过55600这一限制。这种现象的机理与冷却水在浓缩后形成碳酸钙水垢的反应机理完全相同。可以认为,如果pH值下降(酸化现象),那么其浓度的积就会增大。海水中的重碳酸盐离子浓度增加,可溶解的二氧化碳量就会增加,并容易向着好的方向起作用。但是,与这种想法相反的是,pH值降低后,就会溶解已固定化了的鱼卵石和珊瑚等,向自然环境释放出二氧化碳的作用会增强。如右表所示,二氧化碳在水中的pH值会上升,使得二氧化碳离子(CO32-)的比例增大,并促进碳酸钙(CaCO3)沉淀反应 Ca2++CO32-⇔CaCO3 。pH值降低后,就会抑制碳酸钙的沉淀,pH值进一步降低就会更进一步溶解这种成分。碳酸钙的单独沉淀有代表性的例子是,人们在巴哈马群岛观察到有鱼卵石形成。其次要作用就是有助于形成珊瑚礁和贝壳类动物的壳。如上所述,海洋拥有将二氧化碳作为碳酸钙固定下来的能力。

第6篇 海洋对二氧化碳进行固定 1

第6篇 海洋对二氧化碳进行固定 2

第 6 話 海の炭酸ガス固定化 3

上图:鱼卵石 下图:珊瑚礁
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第7篇 为什么海水的味道是咸的

雨不停地、反复地下,雨水溶解矿物质,然后将部分矿物质不断地带入到海洋中。由于海洋的容积是一定的,与降水量相应的海面会蒸发水分,使得海洋中的成分逐步被浓缩,现在含盐浓度已接近3%。由于含有3%的食盐,因此海水的味道是咸的。咸度随着时间的推移,在不断地增强。在地壳(地幔)中的某些盐分量的影响下,将会形成属于饱和盐水的海洋。
由于这样说起来会显得枯燥乏味,因此我们根据河水和海水的成分浓度,进行了一次有趣的计算。表中所示为世界上海水和河水的平均成分浓度。假设除了河水外,就没有别的成分补充到大海,那么可以说,海水的成分在46亿年内,已被浓缩成河水所含的成分。为此,假设陆地上的全部年降雨量都作为河水回归到大海,人们算出了要达到现在浓度所需的年数。但由于二氧化硅(SiO2)具有较低的溶解度,且钙(Ca)、镁(Mg)、硫(SO4)、重碳酸盐(HCO3)离子成分在相互的浓度关联作用下,会生成溶解度低的化合物,并沉淀下来。使用这些成分来计算所需年数没有意义。
第7篇 为什么海水的味道是咸的
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第8篇 海洋对二氧化碳进行固定

第8篇 海洋对二氧化碳进行固定1
由于世界上第一位宇航员加加林曾说过,地球是蓝色的。因此人们切身感受到并意识到地球是一颗水的行星。此外,人们之所以有这样一种感受,另一个原因是人们看到了阿波罗计划所拍摄的,从月球表面观察到的地球的美丽图像。地球表面70%为水所覆盖,尽管海洋的平均深度达3800m,但海水占地球重量的比例仅为0.02%(从宇宙中的元素数量比例来看,当全部氧都与氢起反应生成水时,水的存在比例占总质量的0.93%左右。但是,由于水会通过与其他成分起各种反应而被消耗,因此0.02%可能是一个带有普遍性的数值)。可利用的淡水很少,仅为总水量的3%左右。其中大部分以北极和南极冰山的形式存在,因此,可利用的淡水就变得非常少。按世界人口65亿算,一个人所拥有的淡水量为1740000m3,数量庞大。但是,仅按降下来的雨水计算的话,那么世界平均一天只有46m3/人的可利用水量。使用谷歌地球(Google Earth)来观察就会发现,类似于褐色的沙漠的陆地范围很大,降雨分布极不均匀。四面环海的日本的年降雨量为1700mm。但由于日本国土面积狭小,人口众多,因此,从年降雨量来看,每人每天只有14.6m3,只相当于世界平均水平的1/3。
国土交通省水资源部的报告称,日本的年降水量为6400亿m3,其中2300亿m3被蒸发,831亿m3供工农业和生活使用。6400-2300=4100亿m3被称为水资源储存量。以这个水量来计算,每个国民的可使用水量就更低了,仅为9.3m3/天。水资源储存量尽管相当于大约5年的年用水量,但这个数值只是假设的可储存的量。由于日本国土南北狭长,因此河流的河水可快速地流入到大海,这样的河流其储水能力差,造成实际上可利用水量低。当我们看到了即使日照时间短,但也设定了取水限制的新闻报道后,就会切身感受到日本储水能力弱。如果有20个支笏湖,那么就拥有可用5年的水量,如果是4个,那么就够一年使用。为了解决近年来频繁出现的水资源不足问题,除了提高储水能力外,还可以扩大水库和大型储水池及农田的耕作面积。但可以感觉到,现在的社会是向着相反的方向去做。
第8篇 海洋对二氧化碳进行固定2
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第9篇 水是否也是一颗一颗

不知道各位在年幼的时候是否有过这样一种感觉。“尽管眼睛看不到,但水是不是由一颗颗的小颗粒形成的呢?”没错,我要说的就是这个问题。水是由非常小的粒子形成的。水由两个氢原子(H)和一个氧原子构成。分子式为H2O。此外,由于在18g的水中,存在数量达天文数字的水分子,即 6×1023=600000000000000000000000个,因此,每个水分子的重量为3×10-23 (0.00000000000000000000003)g。可以说,水是由非常小的粒子构成的。我们假设分子为球体,并紧密地堆积在一起,那么这个球的直径为3.4×10-8(0.000000034=3.4A)cm。这种大小近似于右面描绘的水的结构图。尽管在这个结构中没有绘出,但在实际当中,氢和氧的电子相互吸引,使得电子偏向于氧一侧,为此,呈现出氢原子带正电,氧原子带负电的状态。而且,两个氢原子的位置与氧原子的位置并非刚好相反,它是呈104.5度角键合。既带有正电,也带有负电,而且键合角度与其他化合物不同,使得水具有令人觉得奇怪的性质。在此,我们做一个简单的游戏。氢原子是由一个质子和一个电子构成的重量最轻的元素。由于质子的重量是已知的,因此只要知道大小,那么其密度就能计算出来。质子的直径为2×10-13cm左右,根据直径和质子重量1.67×10-24g来求取密度时,可获得以下数值。其密度为399,673,567t/cm3,密度之大超乎想象。。
第9篇 水是否也是一颗一颗1
这种密度与超新星爆炸后所残留的中子星的密度370,000,000t/cm3(Wikipedia)近似。在数值上似乎差得不是很大。在地表上轻轻吹过的风中,在微观世界中观察,居然存在这么大的密度,是一件令人觉得非常不可思议的事情。话虽如此,当我们回到现实当中来研究氢气时,2g的氢在0℃和1个大气压下,拥有22.4升的容积,其密度为0.000089g/cm3。即使与水相比,氢的成分在密度上也比水小很多。将玻璃球掉落在水中后,刚开始时玻璃球会慢慢下沉,然后速度逐渐加快,最后以一定的速度不断下沉。知道了玻璃球的直径和密度后,那么使用斯托克斯公式,便可求出其最终速度。在直径=2×10-13cm、密度=399,673,567t/cm3的领域中,能否使用这个公式,目前尚不清楚。使用这个公式计算时,每年可获得1.5mm左右的沉降距离。尽管其密度之大超乎常理,但重量却很轻。当我们进入到微观世界里面之后,就肯定会觉得这确实令人感到惊奇。
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第10篇 成分的键合形式

物质以气态、液态和固态三种形态存在。
说到晶状结构,我打算交由右脑发达的人去理解。在此,只介绍有机物具有代表性的键合形式,即共价键和食盐等物质所存在的离子键。元素由相同数量的质子和电子构成,电子以质子为中心,在其周边旋转。电子轨道上存在住所地址,此外,可进入到住所中的电子数量是确定的。右图所示为可进入到轨道地址和轨道的电子数量及氢、氧、钠、氯元素的电子结构。这个表的内容是了解化学反应是如何进行所需的一个重要的指标。进行化学反应时,基本要做到的是最外层的电子轨道上所存在的电子数量要为偶数,如有可能,也要满足可进入的电子数量。这个原则事前要记住。
氢元素由质子和K(1s)轨道上的1个电子构成。由于在需要存在2个电子才能稳定下来的轨道上只有1个电子,因此氢元素基本上是一种拥有不稳定因素的成分。为此,在该轨道上,需要获得2个电子。最简单的方法就是相互拿出1个电子,并共同拥有,这样,在K(1s)轨道上,便完成了2个电子配置。这种配置交换可通过2H→H2的反应显示出来,如此一来,便可作为氢分子稳定地存在。氧在L(2p)轨道上有4个电子。由于在该轨道上,拥有6个电子是最稳定的状态,因此2个氧元素各拿出1个电子,这样便可作为氧分子稳定存在。在氢与氧的反应中,2个氢元素有2个电子,氧元素提供2个电子,这样就形成了稳定的水。就这样,相互共同拥有电子的键合形式称为共价键。一般情况下,有机化合物会出现这种反应。另一方面,食盐(氯化钠NaCl)中的组成部分,即钠元素由11个电子,氯元素由17个电子构成。在负责进行反应的最外层电子轨道上,有1个Na(M3s)电子,有5个Cl(M3p)电子。这两种元素遇上时,Na向Cl赋予1个电子,这样,该轨道(M3s)位置便空了出来,而在另一方面,获得了1个电子的Cl在M(3p)轨道上的电子数量为6个,位置已填满,因此变得稳定。电子之间的赋予和获得,使得Na带正电,Cl带负电。阴阳牵制,使得化合物在电气上变得稳定。这种电气上的键合形式称为离子键。
尽管水是由氢和氧通过共价键方式构成的,但水拥有较大的极化能力,这种极化能力产生出了离子键合性状。由于拥有这两种键合形式,因此水与其他成分相比,可出现一些与众不同的举动。

第10篇 成分的键合形式 1

第10篇 成分的键合形式 2

第10篇 成分的键合形式 3
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第11篇 水的化学原理①

在化学上,成分分子量越大,其沸点和凝点就会越高。这已经是一种常识了。因此,我们列出了一个表格,这个表格内容是一种在分子量上与水接近,且为人所熟悉的成分在熔点、沸点和蒸发热上与水所存在的差别。从该表可以看出,尽管水的分子量小,但所有数值都较大,优于其他物质。
这种特异性可从水的结构中得到解释。这里列出了水的结构图和水的极化图。水是由氢和氧通过共价键的形式结合在一起的,化学结构式为H-O-H。由于是共价键,因此氢带正电,氧带负电。这样就给人以一种不协调感。在键合元素之间,电负度(即将电子吸引过来的力)会起作用。如果是水,则在水分子内的氧和氢之间,双方围绕着电子开始展开拔河比赛。这种拔河状态在作用上对氧来说是有利的,电子因此偏向于氧一边。结果形成了氢带正电,氧带负电的偶极子(双方隔开一个较短的距离,使在两端拥有+q和-q电荷。电负度所导致的电气偶极子之上的图——原文如此)。
如果两个氢原子的位置是在与氧原子刚好相反的位置,那么只会形成偶极子,但由于H-O-H的键合角度为104.5度,因此便拥有了偶极子力矩。水所具有的特异性就是来源于这种强大的偶极子力矩。 如分子簇图所示,强大的偶极子力矩容许其他分子的氢以电气方式与一个水分子的氧相结合(称氢键合),而且还不断地进行相互连接,由此形成分子集团(分子簇)。形成分子簇后,表面上看分子量便会增大,这样就能解释为什么会形成这样一种特异性。水拥有作为良好溶媒的性质。其中一个原因是因为水具有极性,与食盐(氯化钠)这种通过离子键合形式构成的成分之间基本上具有亲和性。此外,水也可以充分地溶解砂糖和酒精等有机物。原因在于共价键所带来的共通性和水与有机物之间进行氢键合后更进一步增加了亲和性。最能被溶解的成分也需要拥有哪怕是一点儿的偶极子力矩。例如,不存在偶极子力矩的甲烷和二氧化碳的溶解量是非常小的。

第11篇 水的化学原理① 1

第11篇 水的化学原理① 2

第11篇 水的化学原理① 3
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第12篇 水的作用②

由于水是通过氢的氧燃烧生成的,因此它在处于酸性化环境的地球大气当中,热性质极其稳定。这可认为是水的一大特点。根据水(H-O-H)的H-O键合能和波尔兹曼常数所求出的水的理论分解温度达50000℃。幸运的是,迄今为止所观测到的地球上的最高温度为58.8℃,这是于1921年,在伊拉克(巴士拉)所出现的温度。在地球的温度环境中,是不会达到足以将水分解掉的温度的。正是由于水具有这种稳定性,因此才造就出了地球的平稳环境。
水所拥有的巨大比热和巨大的蒸发热及占地球70%面积的海洋对地球的热量调整发挥着很大的作用。如果考虑到通过蒸发和凝结所进行的吸热和放热,那么热量交换在数量上是相同的。例如,就像在盛夏季节洒水那样,即使来自太阳的热量保持相同,一部分热也会被用于蒸发水分,热量伴随着蒸气移动而转移,这样就可以抑制环境温度。据称,覆盖着水分已出现变化了的天空的云层,可直接将太阳光反射回宇宙当中,从而降低了地球的温度。
较低的蒸气压对呼吸氧气的生物来说具有很大的好处。水和乙醇的蒸气压(乙醇类的蒸气压可通过Wagner公式求出)如图所示。在40℃温度下,水的蒸气压为0.072kg/cm2,甲醇则达到0.35kg/cm2。如果水在40℃温度下保持有这样的蒸气压,而且在100%的湿度环境下的话,那么大气中的氧浓度就会降低到14%左右的水平,从而形成缺氧状态。当然,这种缺氧状态只是针对现有的呼吸氧气的生物来说的,如果考虑到生命在漫长的岁月里,都是在那种环境下进化的话,那么这种浓度的氧气也许并不是一个严重的问题。但是,来自1m3中存在240g左右水分的大气的雨量会给生物带来一幅可令人想起诺亚方舟的凄惨场景。
第12篇 水的作用② 1
说到高沸点的优点,我们只能想到在平原地带做饭也无需使用压力锅。但是,正是因为水有这种性质,才使得我们可以吃上热乎乎的,亲手做的美味饭菜,而避免了在每天的饭桌上摆放的都是半生不熟的饭菜。水的这种性质给我们日常生活带来了巨大的恩惠。
高熔点似乎会带来很多问题。地球上有记录的最低温度为-89.2℃(南极洲、东方站)。该温度要高于甲醇的熔点-97℃。如果水的熔点也是这个温度的话,那么南极、北极和格陵兰岛上的地球冰川就会全部融化消失,这样就会造成海平面大幅度上升,从而给陆地带来很大的影响,这是不言而喻的。看一下地球仪就会马上知道,如果北极没了冰川,那么北极航道的繁荣是谁都能想象出来的。如果北极航道会给各国带来很多繁荣景象的话,那么国际政治形势也许跟今天有很大不同。
不管怎么说,地球上生物一直以来均受到来自水的诸多影响,并根据水的应有状态进化至今。正是因为水孕育出了生命,因此在水的作用当中,对生命的影响占有最为重要的位置。
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