水的分子式(水的原子式)

“水是何”的争论一直是哲学家们津津乐道的话题。他们从不同的角度论证了“水是何”和“何是水”。从初中接触化学开始，我们也一直被老师教育水是HO，所以大家都不觉得这里面有什么问题。

但化学家显然不这么看。

水的分子式水的分子式

这篇文章将向你介绍科学的真相。

水是H₂O分子的集合

什么是水？这似乎是一个愚蠢的问题。

水是一种无色、无嗅、无味、透明的无机液体，由氢和氧以2:1的比例组成，广泛分布于地球表面。这是生活中重要的一部分。正是地球上大量的液态水孕育了生命。我们可以一天不吃东西，但不能一天不呼吸，必须每天补充水分。

水有许多名称:一氧化氢、氢氧化氢、氧化氢、氢氧酸、硅氧烷等等。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)只给了它两个官方名称:水和氧烷。

HO是水分子的化学式。化学家认为水是“HO分子的集合”，但HO本身并不代表对水微观结构的任何描述。“HO”是描述制造水的氢和氧的组合比例的组成公式。相比之下，结构式H-O-H—O—H水分子更能反映水的一些物理化学特性。

众所周知，水有三种形态:固态、液态和气态。很多人不知道水有很多种形态，比如超固体、超流体、超临界流体、等离子体、费米子凝聚态、玻色-爱因斯坦凝聚态等等。如此多形态水的存在与单个HO分子的原子键有关，更与HO分子间的氢键有关。像许多其他物质一样，单个HO分子不能反映水的形态。它只是一个HO分子，它不是水。

其实水并不简单。给你一个极其干净的杯子，里面装着一杯极其纯净的水。杯子里会装满HO分子吗？不会。在任何一杯液态水中，都会有游离的离子化氢离子和氢氧根离子。

它将显示这样一个电离平衡:嗬

或者:ho+ho

在这里，“HO”被称为水合氢离子。实际上，水合氢离子往往体现为H9O4⁺，即氢离子和氢氧根离子在液态水中与HO分子共存，并随时重组和改变身份。

纯水中氢离子的浓度是10 mol/L，看似很小，但却很重要。

由于分子间的氢键，HO分子会结合成更大的聚合物。当一个带正电的氢离子附着在聚合物团簇的一个点上时，它可以诱导团簇之间电荷的协同转移，并在远处的一个点上释放出一个氢离子。结果，电荷从一点转移到另一点，而携带电荷的物质没有转移。这就是水导电的方式。

水的物理特性与水分子间的氢键有很大关系

在一个大气压下，当水的温度在0℃和3.98℃之间时，大部分水被两个或三个HO分子聚集，形成(HO) 2和(HO) 3缔合分子。此时水分子之间的距离最短，水的密度最大。

随着温度的升高，缔合分子越来越少，水开始膨胀；当温度上升到100℃时，水分子之间的氢键被打破，单个水分子变成水蒸气；

当温度降到0℃以下时，水开始结冰，所有的HO分子汇聚成一个巨大的分子团。由于水分子的力场，氧原子会与附近两个水分子的氢原子形成氢键。这种晶体结构造成更大的空间隙，使得体积膨胀。这就是为什么冰的密度比水小，会浮在水面上的原因。

当达到临界温度374℃，临界压力22.1MPa时，水将处于气液完全混合的超临界状态。这时候水就会表现出很强的氧化能力，甚至可以像王水一样腐蚀黄金。水的超临界性质和水的其他物理化学性质一样，不是单个HO分子所具备的，它与水分子的力场和分子间的氢键结合密切相关。

重水氢中有三种核素，即氘和氚。我们最常见的氢是苯，它的原子核里只有一个质子；氘的同位素氘，原子核里有一个质子和一个中子，比氢重一倍；氚的原子核有一个质子和两个中子。

重水和普通水一样，也是氘和氢氧化结合形成的液态化合物。因为重水可以降低中子速度，所以在核反应堆中被广泛用作中子减速剂。

氚在自然界中很稀少，但氘却很丰富。自然界中重水(DO)的含量约为0.015%。还有一种含量约为0.031%的半重水(HDO)。事实上，它们存在于我们喝的每一杯水中。如果把一锅水烧干，剩下的水中DO和HDO的含量会更多，因为它们的沸点比HO高(约101℃)，重水更不容易汽化。

因为重水在天然水中的含量极低，而且重水比普通水(轻水)毒性小，所以不会对我们的健康产生任何影响。

总结：

至此，你应该明白，所谓“水非何”并不是文字游戏，严谨的表述背后是一系列严肃的科学道理:

水只有在许多HO分子组合成一个分子集时才能表现出其独特的物理化学特性，而这是一两个HO分子做不到的。

水的物理化学特性除了水分子的力场、分子间氢键的作用以及分子与其离子态之间复杂的转换关系外，还与温度、压力等因素密切相关。

天然纯水中不仅有HO分子，还有DO分子和HDO分子，它们共同构成了水这种普通而神奇的液体。

水不HO，HO不等于水。水是HO分子的集合。从物质的化学特性来说，“水”是谓语，水的实际特性需要参考其微观结构和宏观特性，而HO只是水分子的化学符号。