世界上有什么水
今天,任何普通学生都知道水分子是由氢和氧两种元素的原子组成的。 而且,人们对水的认识经历了一个漫长的历史过程。 最初,水作为一种元素出现在人们的脑海中。 在古代,我国的简元学说“五元学说”就开始萌芽。 到战国末期,“五行说”已有文字记载。 例如,《尚书·弘范》中写道:“……五行:一是水,二是火,三是木,四是金,五是土。” 将水排在五行之首,这说明在唐代人们的认识中,水被视为一种元素。
在法国,对水的理解也作为一个元素出现。 这显然是巧合,但实际上却有其必然性。 它反映了人类认识物质世界的规律。 最先摆脱亚洲美好而美丽的神话传说的是腓尼基自然哲学家。 该学派最早的代表人物泰勒斯认为水是万物之母。 后来出现的毕达哥拉斯似乎已经放弃了水作为唯一元素的观念,但他仍然摆脱不了“水是元素”的基本思想。 其宗旨是所有物质都是由土、水、空气、火四种“元素”(不是现代物理学中的元素概念)组成。 即使在17世纪,艾萨克·牛顿爵士就认为万物都是由水构成的,但水是最简单、最基本的物质。 这种误解一直持续到十八世纪末。
第一个证明水不是元素而是化合物的是美国科学家卡文迪什。 这位科学家采用了一种非常奇怪的方式:他让水蒸气通过一支烧红的手枪,结果他惊讶地得到了一种易燃的氨。 巧合的是,这种二氧化碳与他所说的金属与稀盐酸反应得到的二氧化碳一模一样。
不久之后,另一位科学家普里斯特利做了一项与他相反的实验。 他将“可燃空气”和空气混合到一个密闭的玻璃瓶中,用电火花点燃,居然发出了震耳欲聋的巨响,但干燥洁净的玻璃瓶内壁却出现了露珠。
最初,科学实验是形成正确推论的先兆。 这个杰出的实验从正反两个方面清楚地告诉人们,水是一种真正的化合物,而不是一种元素。 遗憾的是,卡文迪什和普里斯特利都是“燃素说”的忠实信徒,错误的指导思想限制了正确推论的引入。 他们还坚持水是一种元素的错误推论。
又一年后,美国著名科学家拉瓦锡重复了上述实验。 通过分析和归纳,他贬低了传统的误解,并首次提出了正确的推论:水不是元素,而是氢和氧的化合物。 从此,水以崭新的面貌出现在人们面前。 而且,拉瓦锡正式将卡文迪什感受到的“易燃空气”命名为氢,意思是“形成水的元素”。
随着科学技术的进步物理化学概念,人类终于揭开了水的秘密。 组成水分子的三个原子通过共价键结合,导致两个氢原子之间形成氧原子的特殊结构。 三个原子并不是在一条直线上,而是排列成三角形。 两个氢原子与中心氧原子所形成的键角约为105°,无论是气态、固态还是液态,氧与每个氢原子核宽度之间的距离,即氢氧键长总是0.96A。 在氧原子上,相对于两个氢原子的相互方向,有两个带负电的电子云,这是水特殊性质的关键,它仍然吸引相邻水分子的氢原子核,产生如此的称为电负性。 电负性不是很强,但可以使分子排列成特殊的三维构象,进而有效影响水的物理和化学性质。 气态水分子在很大程度上彼此独立,除了碰撞之外,它们的相互作用很弱。 固体水分子彼此强烈相互作用,形成有序的晶格结构。 1 个水分子吸引其周围 4 个相邻的分子,形成多面体结构。 当水结冰时,会产生堆叠的六边形环的晶格。
水虽然由两种元素组成,但它有一个非常复杂的家族。 这是因为氢有三种核素(即质子数相同但中子数不同的同一元素的原子),分别是氕1H、氘2H(或写作D,即重氢),氚3H(或写T,即超重氢),氧也有3种核素,即16O、17O和18O,所以氢和氧这6种核素可以相互化合生成18种水:, 、D216O、、DT16O、T216O、、、D217O、、DT17O、T217O、、、D218O、、DT18O、T218O。
在水的核素家族中,占整个天然水的99.73%,其余17种浓度很低,合计仅占0.27%左右,其中8种占0.%。 由氕、氘、氚三种氢原子组成的水称为氕水(即普通水)、氘水(重水)和氚水(即超重水)。
月球上的氘很少,平均每 6,800 个氕原子就有 1 个氘原子。 当人们发现超新星爆燃或星系中心爆炸时,冲击波中可能会出现氘。 星际空间中的氘较少,平均每200个氕原子就有1个氘原子。 1979年,天文学家发现银河系边缘存在氘(氢氰酸分子中含有),但在银河系中心,氘却很少。 基于此,有人认为这种氘可能是在大爆燃过程中产生的。 因此物理化学概念,他们得出宇宙将继续膨胀的推论。