特殊的性质

普通的物质　特殊的性质

水的质量、密度、压强、比热、溶解度，以及热学、力学、电学、光学和声学等性质称为水的物理性质。水有些性质是十分独特的。许多物理量以水为标准。

在常温常压下，纯净的水无色、无味、透明。当水多的时候则呈近似蓝色，大水库和海水的颜色是蔚蓝色。透过水可以看见物体，因为光线可以穿过水，但光对水的穿透力却是有限的。少量的水透明，水多了就不透明了，日光只能透过几百米的海水。在大洋的底部，光线照射不到，又黑又冷，那里也没有植物。有些鱼自己生有特殊的发光器官，有的干脆就是瞎子。我们平时说“水是无色透明的液体”只是一个近似的说法，纯水没有任何气味。

水有三态变化：液态、气态和固态。在101.325千帕的压力下，水的沸点为100℃，冰点为0℃，4℃水的密度最大，为1克/厘米³。液态水的比热容为4.18焦/（克·℃），冰的比热为2.09焦/（克·℃）。在常温常压下，水的汽化热为2445焦/克；在100℃和一个标准大气压下，水的汽化热为2557焦/克，当水蒸气凝结成水时，放出相同的热量。在0℃和一个标准大气压情况下，冰的溶解热为334焦/克，当水凝结成冰时，放出相同的热量。水从固态直接转变为气态时所吸收的热量称为升华热，升华热等于汽化热和溶解热之和。在避免震荡的情况下把水冷却，可在0℃以下而不冻结，这种现象称为水的过冷现象。但只要在这种过冷水中，加入少许尘屑或稍加扰动，水便立即冻结。若将水内气体排出，避免震荡，均匀加热，水可在100℃以上而不沸腾。水的导热性较其他液体小，在20℃时水的热导率为0.006焦/(秒·厘米·℃)；冰的热导率为0.0226焦/（秒·厘米·℃）；雪的热导率与雪的密度有关，当密度为0.1千克/升时，其热导率为0.0029焦/(秒·厘米·℃)。水在0℃时的密度为0.99987千克/升，冰在0℃时的密度为0.9167千克/升，所以水由液态变为固态时，密度发生突变，体积约增加9%，也就是说此时冰的密度比水的密度低10%。自然界中的绝大多数物质是热胀冷缩，唯有水和锑两种物质在由液体变成固体时体积膨胀。

纯水具有极微弱的导电能力，能电离出极小量的氢离子和氢氧根离子。纯水在22℃时，正、负离子浓度相等，为10^-7克/升离子。

大自然是非常复杂的。水的液态、气态、固态变化，除了受温度影响以外，往往还和其他条件有关系。冰水之间融解和凝固是比较简单的。在一般情况下，低于0℃，水就凝固成冰；高于0℃，冰就会融解成水。但水面蒸发或冰面升华就有点复杂了。虽然蒸发和升华在任何温度时都能进行，不过它是随着温度的升高而加快的。此外，水的三态变化还和风的大小、空气的干燥程度、所在地的海拔高度（即由此决定的大气压强的大小）等因素有关。

光在水中的传播速度为在空气中的75%。水的折射率为1.33，所以在以空气为界面的情况下，光在水中可以产生全反射。纯水几乎是不导电的，天然水有微弱的导电性。声波在水中的传播速度为1483米/秒。

在一定的温度下，1米³体积的空气里，水蒸气的最大含量是固定的，这就是水蒸气的饱和量。空气中水蒸气的饱和量也是随着温度的升降有显著的增减。例如，气温在0℃时，1米³空气的水蒸气饱和量是4.84克；在20℃时，就增至7.12克；如果气温升到38℃时，饱和量就增至45.746克，相当于0℃时的9倍多。正因为气温略有变化，水蒸气的饱和量就成倍地变化，这就使空气里的水蒸气对温度特别敏感。

在水的力学性质方面，水对一般固体的附着力较内聚力大，所以水一般都能润湿各种固体。水的表面张力较大，常温下表面张力系数为0.073。在附着力和表面张力的共同作用下，水能沿毛细管上升，称为毛细现象。水的压缩率很小，体积压缩系数为4.74×10^-10，一般认为水是不可压缩的。水的运动黏度在20℃时为1.010×10^-6米2/秒。

一般情况下，水热胀冷缩。在标准大气压下，水受热体积增大，温度每上升1℃，体积就会增大1/5000。当水的温度在约4℃以下时，受冷后它的体积不但不缩小，而且还要胀大；再受冷，再胀……到0℃时，体积差不多要胀大1/10，就变成冰了。但有一点要说明，当水冷到0℃时，并不是立刻结冰，而是要再受冷才结冰。同样，冰也不是热到0℃时就化成水，而是要再受热才化成水。0℃时，冰和水是都可以存在的。0℃是水的冰点，100℃是水的沸点。在不同的情况下，水的沸点也是变化的。当水含有杂质时，沸点会变高。在高山上，空气稀薄，气压低，不到100℃水就沸腾了，所以在高山不容易把饭煮熟。水沸腾变成水蒸气；水没有沸腾时，也在不断地变成水蒸气。水在自然条件下变成水蒸气，叫做“蒸发”，温度越高，表面的空气流动越快，蒸发就越快。

水由一种形态变为另一种形态，都有科学的定义。固态的冰放在火炉上，过一会儿，冰慢慢变成液态的水，这种变化叫融解。再烧一会儿，水热了，变成水蒸气冒出来，这个变化叫蒸发。水开了，是水的蒸发过程由表面进入内部，这种现象叫沸腾。在严寒的冬季，洗后晾在室外的衣服，尽管冻得直挺挺的，但过了一会儿也干了，这是因为冰直接变成水蒸气悄悄地跑掉了，这种现象叫升华。相反，空气中的水蒸气遇冷变成水滴，这个气态向液态的转变叫凝结。如果气温低于0℃，水汽可以直接变成固态，这叫做凝华，冬天的雪就是这样形成的。冬季江河封冻，液态的水又变成固态的冰，这叫凝固。实际上，蒸发与凝结，凝华与升华，凝固与融解，这一系列的自然现象随时都在进行着。时而大朵的云彩淡妆素抹，隐身而去，时而凝成雨雪，露出原形。一夜之间会露满原野，或霜铺大地，太阳一出就销声匿迹，无影无踪……

水的热学性质告诉我们，水的液态、气态和固态之间的转化与温度和压力有关。当水蒸气的温度高于374.2℃时，不论压力多大，都不能使气态水转化为液态水，这个温度称为水的临界温度。水的这个性质，用处很大。比如，大发电厂的巨型发电机，单个发电机组容量几十万千瓦、上百万千瓦，推动这样大的发电机的汽轮机，需要很大压力的蒸汽。为使蒸汽不至于在高压下变成水，保持推动力，就要增加蒸汽温度，使之超临界。所以，推动大功率的汽轮机的蒸汽都是超临界温度的，也就是说，蒸汽温度在374.2℃以上。

水是流动的，没有一定的形状，随容器的形状而变。利用这一点，我们可以解决许多难题。如果想知道一个形状不规则的瓶子的容积有多大，只要把瓶子装满水，测量水的体积即可；如果想知道一块形状不规则石块的体积有多大，只要把它放入装满水的容器内，测量它排出的水量就可知道。物体在水中所受的浮力等于它所排开水的重量。正是运用这一原理，阿基米得测出了皇冠中金子的纯度。

流动的水能做功，流动的水可以推动水轮转动，这是因为流动的水或者从高处落下的水具有能量，这种能量叫做动能或势能。水流越急，落差越大，它的能量就越大。古代的人们就是用这种水轮带动工具碾米、磨面，有的用来带动工厂里的机器运动。还有一种特制涡轮机，用来带动发电机发电。

水有重量，又因其重量而产生压力，这种压力叫水压。在水中的任一给定深度，水向各个方向上单位面积的压力都相等。水中的压强与水的深度成正比，在同一深度，各个方向的压强相等。我们可以通过试验来证明，同一高度上各个方向的水压是相等的。根据这一特性，人们制造了水压机，有的水压机压力可达万吨以上。水的压强与水的流速也有关系。在同一管道里，水的流速与压强成反比，流速越大，压强越小。

流动的水还有一个奇妙的性质，在水速达到100米/秒时，水不再是柔软的液体，而成为钢刀砍不断的水流。这样的高速水流，可以采煤凿矿。现在，水利采煤工艺已被许多大型煤矿普遍采用。

物质的许多物理量单位以水做标准。如表示物质的密度，把常温、常压下1立方厘米的水的质量作为1克；表示自然界的温度，把常温常压下水的凝固点定为0℃，沸点定为100℃。