水定义

两个氢原子通过共价键与中心氧原子结合，形成称为水的化学物质 (H2O)。具有此配置的分子是极性的。由于极化，水分子中的带正电的氢原子和带负电的氧原子会静电地相互吸引。“氢键”是指水分子之间的静电偶极-偶极相互作用。

水分子之间瞬时的氢键结合形成了清澈、无味、无臭的液体。水除了液态外，还可以以其他状态存在，例如气态（水蒸气）和固态（冰）。水的独特特性，包括其高沸点（100°C）、高表面张力、比热和汽化热，是由其分子之间的氢键引起的。

水的性质

具体来说，水因其物理和化学性质而被认为是万能溶剂。它是具有生物学意义的主要无机化学物质之一，与二氧化碳、氧气、盐和矿物质一起。

以下是水的一些显著特征的列表

• 在正常情况下，水是液体。
• 在标准压力和温度下，该液体没有味道，几乎没有气味。
• 此外，由于其透明性，它允许阳光穿过，从而使水生植物得以生存。
• 当水是固体时，称为冰。
• 在低于 4°C 的温度下，水会膨胀（而不是收缩）。因此，当它结冰时，其密度会降低。这使得像冰一样的固体水漂浮在水面上。因此，物种可以在结冰的水和海面下继续生存。
• 水蒸气是水存在的气态形式，具有很高的汽化热。对流负责将水蒸气带到地球大气层，从而形成云。反过来，雨水从云中输送给生物。

水是极性分子

一个中心位置的氧原子和两个连接的、较小的氢原子构成一个水分子。每个氢原子都与氧原子通过共价键连接，并且同时存在部分正极和部分负极（因此，使水成为极性分子）。除了共价键，还与附近的水分子形成短氢键，水分子之间形成氢键。由于水中的氧带微弱的负电荷，而氢原子带微弱的正电荷，所以水是极性分子。由于其极性，它是许多化合物的极佳溶剂。阴离子被吸引到微弱正电荷的氢上，而阳离子被吸引到微弱负电荷的氧上。因此，水可以电离并分解分子。

表面张力增强

水具有相对较高的表面张力。因此，与空气中的分子相比（由于附着力），水分子由于内聚力而更倾向于相互吸引。由于其低粘度，水几乎无阻力地流动。通过降低叶片气孔失水率，这些特性对植物至关重要。水的高表面张力使得昆虫可以在水上行走。

附着力特性

水具有优异的附着性能。因此，像树木这样的维管植物依赖水的毛细作用能力，即在重力作用下向上穿过小管的趋势。

比热性质

水的比热容仅次于氨（第二高）。要将一克纯物质的温度升高一摄氏度，必须消耗一定量的能量（以卡路里或焦耳为单位）。水的高比热有助于维持地球大气层的宜居性。例如，白天，海洋吸收了大量的太阳能，这些能量随后在晚上释放到大气中。

生物学意义

水是生命所必需的元素之一。气体、维生素和生物分子（DNA、蛋白质或多糖）都可以溶于水。这些化合物可以作为运输介质在身体的不同部位运输。此外，它在其他生物过程中也作为重要的反应物。

水是植物光合作用的关键组成部分。由于水分子可以相互形成临时的氢键并且是极性的，因此它们可以帮助创建 DNA 和蛋白质等生物分子结构。水可以与离子以及其他极性分子相互作用的事实也是其极性的结果。

水在电离化学物质方面起着至关重要的作用，因此有助于控制 pH 值。亲水性分子或化合物是指易溶于水的物质。另一方面，难以溶于水的物质称为疏水性，并且被认为是无极性且难以溶于水的。脂质双层质膜的结构和功能很大程度上取决于水与极性分子和非极性分子的相互作用。细胞内最常见的分子是水，占细胞总质量的至少 70%。细胞质中含有水、离子、溶质和其他分子。

体液是指构成个体身体的液体。它几乎存在于组织中的各个部位，包括骨骼、肌肉、脂肪组织和血液。平均成年人身体的约 50% 至 60% 是水；新生儿体内的水分比成人多（占体重高达 93%）。细胞外液和细胞内液是人体和动物体内含有体液的生物体液的两个例子。

细胞外液约占身体水分的 1/3，存在于细胞外的组织中。细胞内的液体称为细胞内液，约占身体水分的 2/3。

地球上有大量的水，它可以是固体、液体或气体，水覆盖了地球表面 70% 以上。在地球上，水体是水生生命的至关重要的栖息地，也是陆地生命的来源。海水、淡水和咸水是水生环境的三个主要类别。

术语“水”的用法

除了被归类为化学式为 H2O 的物质外，“水”一词还可以指一种物质，例如海洋、河流或湖泊等水体，或者天然存在的水，例如矿泉水。它还可以指水溶液，例如废水或氨水。它也是羊水（在分娩开始前或分娩过程中以及在羊膜破裂之前发生的液体渗漏）的俚语名称。

关于水的显著事实

• 水是所有生物的主要组成部分，人体约 62% 是水。
• 纯水无味无臭。
• 地球表面约 71% 被水覆盖。地球地壳的 96.5% 是水，1.7% 是海洋、冰川和冰盖，1.7% 是地下水，一小部分是湖泊和河流，0.001% 是云、水蒸气和降水。
• 地球上只有 2.5% 的水是淡水，而大部分水储存在冰和地下水中（98.8%）。
• 在宇宙中，仅次于一氧化碳 (CO) 和氢气 (H2)，水是第三大常见分子。
• 将水分子中的氢原子和氧原子结合在一起的化学键称为极性共价键。水分子之间很容易形成氢键，一个水分子可以与多达四种不同的物种形成氢键。
• 在 25 摄氏度下，水的比热容极高，为 4.1814 J/(gK)，汽化热很高，为 40.65 kJ/mol 或 2257 kJ/kg。这两个特性是相邻水分子之间形成氢键的结果。
• 水几乎完全透过可见光以及靠近可见光谱范围的红外光谱和紫外光谱部分。分子会吸收微波辐射、红外光和紫外线。
• 由于其极性和高介电常数，水是一种极好的溶剂。酸、醇和盐在水中的溶解度很高，如果它们是极性的或离子性的。
• 由于其强大的附着力和内聚力，水表现出毛细作用。
• 水的高表面张力部分是由于其分子之间的氢键。因此，小生物，如昆虫，可以在水上行走。
• 纯水是良好的电绝缘体，水会发生自电离；因此，即使是去离子水也含有离子。大多数水中都含有痕量溶质，溶质通常是盐，盐分解成离子，使水更具导电性。
• 水的密度约为“每立方厘米一克”。普通的冰在水中会漂浮，因为它的密度较低，而很少有其他药物会表现出这种行为。石蜡和二氧化硅是固体比液体轻的化合物的例子。
• 水的摩尔质量为 18.01528 g/mol。
• 水的熔点为 0 摄氏度（32.00 华氏度；273.15 K）。请记住，水的熔点和凝固点可能有所不同。水很容易冷却到超低温度。在其熔点以下，它可以继续以液态存在。
• 水的沸点为 99.98 摄氏度（211.96 华氏度；373.13 K）。
• 水是两性物质，因此它可以同时作为酸和碱发挥作用。