水

液态水的水滴，以及物体落入水面时在水中产生的凹陷和反弹水（H）是一种无机化合物；在常温常压且无杂质时，水是无色、无味、几乎不导电的透明液体，也可经蒸发形成气态水蒸气；蒸发可在任何温度下发生。在标准大气压下，水的凝固点是0C，沸点是100C。

水是宇宙中最常见的氢化物之一，也是最常见的氧化物──因为氢和氧分别是宇宙中第一和第三丰富的元素，是否含有液态水也是行星适居性的一个主要指标。水也是地球表面最重要的一种物质，大约占地球表面的75%~78%。水圈是生命起源的摇篮，在生物演化史中起到重要作用，也是绝大多数现存物种赖以生存的栖息地，自然界的水循环亦是决定气候状态和维系生物圈可持续性的关键因素。水也是生物身体最重要的组成部分，是细胞质和体液的主要成分，包括人类在内所有物种的新陈代谢也都将水作为必需的重要生理溶剂。人体内有大约百分之七十的质量是水，不同器官和组织的水分含量差别很大。

水是极性分子，具有较强的氢键，且自然界含量极为丰富，因此是无可争辩的世界上最普遍的溶剂，且溶解性良好。水是最弱酸，同时也是最弱碱（按照布朗斯特酸碱理论），是酸碱反应、离子反应、水解反应等化学反应的重要环境和基础。

水在文化中也占有很重要的地位，科学、哲学、宗教、文学、美术、体育等都有其象征。

## 概念

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- 大的水体如：海水、冰山、冰川、地下水、地表水（河流、湖泊）等。
- 小的水体如：水滴、云、露水、雨、雪、冰雹等。
- 饮用水：可供饮用的水。瓶装水用于个人使用和零售。
- 矿泉水：由矿泉涌出或加工成的饮用水。
- 自来水：水厂供给用户的饮用水。
- 碳酸水：在压力下将二氧化碳气体溶入水中的饮料。
- 水质：水的化学、物理、生物和辐射性质。
- 硬度：水中所含钙和镁的总量。分为：软水、中等硬水、硬水、极硬水。
- 盐度：每一千克的水内的溶解物质的克数。分为：淡水（超纯水、纯净水、蒸馏水）、盐水（半咸水、咸水、卤水）。生理盐水是指渗透压与血浆相等的氯化钠溶液。
- 结晶水：又称水合水。在结晶物质中，以化学键力与离子或分子相结合的、数量一定的水分子。
- 重水的化学分子式为D2O，每个分子由两个氘原子和一个氧原子构成。重水在天然水中占不到万分之二，通过电解水得到的重水比黄金还昂贵。重水可以用来做原子反应堆的减速剂和载热剂。
- 超重水的化学分子式为T2O，每个分子由两个氚原子和一个氧原子构成。超重水在天然水中极其稀少，其比例不到十亿分之一。超重水的制取成本比重水高上万倍。
- 半重水的化学分子式为HDO，每个分子中含一个氢原子、一个氘原子和一个氧原子。

## 性质

### 物理性质

水在常温常压下为无色无味的透明液体。水的三相点是273.16K（611.73Pa下），临界点是647K（22.064 MPa下）。在临界点之上水无法存在液相及固相，而在临界点之下水蒸汽容易结成液相。纯水可以通过蒸馏作用取得，当然，这也是相对意义上的纯水，不可能绝对没有杂质。水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。

在20℃时，水的热导率为0.006 J/s·cm·K，冰的热导率为0.023 J/s·cm·K，在雪的密度为0.1×103 kg/m3时，雪的热导率为0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃时最大，为1×103kg/m3，温度高于3.98℃时，水的密度随温度升高而减小，在0～3.98℃时，水不服从热胀冷缩的规律，密度随温度的升高而增加。水在0℃时，密度为0.99987×103 kg/m3，冰在0℃时，密度为0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。水的定压摩尔热容会随温度变化，在 0℃ 时，水的定压摩尔热容为 $75.817\;{\rm J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}}$，在 20℃ 时，水的定压摩尔热容为 $75.165\;{\rm J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}}$，在 100℃ 时，水的定压摩尔热容为 $75.541\;{\rm J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}}$。

水具有很大的内聚力和表面张力，除汞以外，水的表面张力最大，并能产生较明显的毛细现象和吸附现象。纯水有极微弱的导电能力，但普通的水因含有少量电解质（如矿物质、溶解大气中二氧化碳形成的碳酸）而有较强的导电能力。

### 化学性质

水的热稳定性很强，当水蒸气加热到2000K以上时，也只有极少量的水离解为氢和氧。但水在通电的条件下（水电解）会离解为氢和氧。此电解的最低电压限制为1.23伏特。

在自然界，纯水是罕见的，水通常多是含有酸、碱、盐等物质的溶液，习惯上仍然把这种水溶液称为水。水可以用来溶解很多种物质，是很好的极性无机溶剂，用水作溶剂的溶液，就称为水溶液。用“aq”作为记号，如“HCl(aq)”。特别需要注意的是，如果不作特殊说明，“xx溶液”，指的就是含有"xx"的水溶液。

当物质溶解于水时，离子化合物在水中发生电离，以离子态存在，这样的溶液一般是透明的。当分子溶于水时，有些可以与水发生反应，形成新物质，这些新物质溶解于水中，或者这些分子直接填补水分子间的空隙。这些分子、离子等都是溶质。一般来说，离子分子和极性分子诸如酸、酒精和盐类透过和水分子产生氢键而比较容易溶解在水中。

理论上，在298 K温度下的水的pH值为7。而事实上，纯水的制备是非常困难的。暴露在空气中的水会迅速的吸收二氧化碳，生成低浓度的碳酸(pH极限值为5.7)。云滴形成以及雨滴掉落的过程中，水也会吸收空气中CO2，因此大部分水都是弱酸性的。如果空气中氮氧化物和硫氧化物含量过高，就会导致酸雨。

## 分布

### 在地球上

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地球表层水体构成了水圈，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气中的水。由于注入海洋的水带有一定的盐分，加上常年的积累和蒸发作用，海和大洋里的水都是咸水，不能直接饮用。某些湖泊的水也是含盐水。世界上最大的水体是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。欧亚大陆上的里海是最大的咸水湖。

地球上水的体积大约有13.6亿立方公里。其中：

- 海洋占1,320,000,000立方公里（即97.1%）。
- 冰川和冰盖占25,000,000立方公里（即1.8%）。
- 地下水占13,000,000立方公里（即1.0%）。
- 河流、湖泊以及内陆海里的淡水占250,000立方公里（即0.0018%）。
- 大气中的水蒸气在任何已知的时候都占13,000立方公里（即0.00010%）。

地球是太阳系八大行星之中唯一由液态水所覆盖的星球。地球上水的起源在学术上存在很大的分歧，目前有几十种不同的水形成学说。有观点认为在地球形成初期，原始大气中的氢、氧化合成水，水蒸气逐步凝结下来并形成海洋；也有观点认为，形成地球的星云物质中原先就存在水的成分。另外的观点认为，原始地壳中硅酸盐等物质受火山影响而发生反应、析出水分。也有观点认为，地球吸引的彗星和陨石是地球上水的主要来源。

### 在宇宙中

在银河系星云中被探明存在水，由于氢和氧是构成宇宙的主要元素，科学家认为其他星系中依然存在大量水。

星云尘埃凝聚，形成各种彗星、行星、矮行星及其卫星，水也在这些天体上。在太阳系中，水以固体形式存在以下天体：

- 月球
- 水星、海王星、火星
- 冥王星
- 天然卫星、如海卫一、木卫二

2015年9月28日，美国航空航天局宣布，在火星上发现季节性液态盐水。科学家预测液态水也极有可能在土卫二的表面。

## 水科学

- 水文学（Hydrology）属于地理学，研究的是关于地球表面、土壤中、岩石下和大气中水的各种行为，包含水循环、含量、分布、物理化学特性、对物质影响以及与所有生物之间关系的科学。
- 水力学是研究以水为代表的液体机械运动规律及其在生产实践中应用的学科。

## 意义与影响

### 对气候

水对气候具有调节作用。大气中的水汽能吸收地面辐射量的60%，再以大气逆辐射的形式返回地面，从而对地面起到保温作用。水的比热容很大，海洋和陆地水体在夏季能吸收和积累热量，使气温不致过高；在冬季则能缓慢地释放热量，使气温不致过低。

雨雪等降水活动对气候形成重要的影响。海洋和地表中的水蒸发到天空中形成了云，云中的水通过降水落下来变成雨，零度以下则变成雪。由于不同的条件，水还会以冰雹、雾、露水、霜等形态出现并影响气候和人类的活动。

### 对地形

水覆盖71%地球表面，从空中来看，地球是蓝色星球。水侵蚀岩石土壤，冲淤河道，夹带泥沙，营造平原，改变地表形态。

### 对生物

大部分学说认为，地球上的生命最初是在水中出现的。水中生活着大量的水生植被等水生生物。

水是所有生物体的重要组成部分。人体中水占70%；而水母中98%都是水。在生物体中，水是一种缓冲的溶液，利用解离出的氢氧基(OH-)以及质子(H+)可以将外来少量的强酸或强碱中和，如此可确保细胞中的蛋白质结构的完整性，而对酵素而言，在酵素的结构上需要维持一定的结构才具有活性。而经由上述案例可说明在生物体内需要利用水的化学及物理性质才可维持生物体结构(细胞型状)及机能(如酵素活性)上的稳定。

水有利部分生物化学反应，维持其生理机能，如动物的消化作用及植物的光合作用。在生物体内还起到运输物质的作用，如血液中的血浆绝大部分都是水，有助于体内营养及氧的传输。由于水可以透过蒸发而降低温度，因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用，如动物的汗液及植物的蒸腾作用。

植物在运送水分时，是利用水的氢键互相牵引所形成如水链状结构，在植物专门运送水分的导管中形成氢键使水分子不会受到引力作用而掉落至导管管壁，再利用蒸散作用带动水分向上运输。在植物水分的运输过程中充分的解释了水的运输牵涉于水的物理性质。

水的氢键使水成为特优的吸热能力，水将大部分所吸收的热，用来打断氢键，因此不会增加液体的温度，而水的比热容在25℃时，大约是4200J kg−1 K−1，比其它液体普遍较高。因为有此项特质，生活在水中的有机体能得到水的保护，而不会因空气中温度的急遽变化而有致命的危险。

### 对人类

水是人类生活的重要资源，一天必需摄取2~3升的水，并提供人们日常生活用水和工农业生产用水，特别是农业需要大量灌溉水。人类文明的起源大多都在大河流域，早期城市一般都在水边建立，以解决灌溉、饮用和排污问题。在人类日常生活中，水对于人类各方面的作用不可或缺。

随着科学技术的发展，人们兴修水利，与水涝害和洪水等自然灾害作斗争。因此形成了一些专门与水有关的研究领域，如水力学，水文科学，水处理等，甚而产生了以水为生的产业水产业。

## 水资源

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水是地球上的任何生物、生命体的必需物质，缺水的土壤便无法孕育生物，淡水更是灌溉与孕育陆地生物的必要元素，淡水的来源、节约、储存、利用是全球的重要议题。

地球上水总储量约为1.36x1018m3，但除去海洋等咸水资源外，只有2.5%为淡水。淡水又主要以冰川和深层地下水的形式存在，河流和湖泊中的淡水仅占世界总淡水的0.3%。

世界气象组织于1996年初指出：缺水是全世界城市面临的首要问题，估计到2050年，全球有46％的城市人口将面临着缺水问题。对于水资源稀少的地区来说，水已经超出生活资源的范围，而成为战略资源，由于水资源的稀有性，水战争爆发的可能性越来越高。

为了让全世界都关心淡水资源短缺的问题，第47届联合国大会决定将每年3月22日定为“世界水日”。

早期人们会抽取使用地下水，然而使用地下水会造成地层下陷并破坏地底结构，造成无法回复的永久性破坏，亦有可能阻断地下水，所以许多国家立法禁止使用地下水，以避免各种永久性的损害。

海水淡化是其一种对策，但由于耗用能量过高及成本过高，多数海水淡化厂在建成后不久就因资金不足被迫关闭。在迪拜这个干旱但富裕的地方，则利用这个方法取得淡水。

### 来源

淡水水资源的主要来源包括雨水、雪水、河水、淡化海水和地下水、回收水等。

#### 水循环

水循环（hydro-logical cycle）是水的自然循环过程。从蒸发到凝结再到蒸发，从云变成水，冰，再到水蒸气。地球上的水之所以一直留存，就是因为水循环。水循环通常是冰→水→云→水（→冰）的过程。

### 功用

人类生活和生产的方方面面都要使用到水资源。

- 农业用水：各种灌溉用水，动、植物用水。
- 工业用水：轻工业、重工业、机械工程、土木工程建筑工程、高科技产业、能源产业皆须使用水资源。化学工业也非常多样化。一方面，它是无机和有机合成中必不可少的溶剂，反应介质或试剂。烷烃的蒸汽重整产生合成气，蒸汽裂解产生非常有价值的烯烃（乙烯，丙烯）。它在基于丙烷和丙烯氧化的丙烯酸合成中也起着重要作用。还正在深入研究以从水中生产过氧化氢。
- 都市用水：村落用水，生物都需要水分，人类的生活亦须使用水。
- 观光用水：美丽的风景和观光区，皆需要使用水分。喷泉（包括音乐喷泉）以喷射水柱成为其中一个景观。
- 沙漠灌溉用水：沙漠化是全球重要且困难的议题，沙漠化的原因在于水分的流失或缺少，因此要解决沙漠化问题，必须要有相当充足的水分灌溉并维持住水分。

### 储存

- 河水：用建在河流与湖泊中的水库储存。
- 污水：回收净化后储存。
- 雨水：收集储存。
- 海水：淡化后储存。

水资源的储水、供水、分配和调节亦是全球的重要议题。

### 节约

- 生物的生活与水资源息息相关，然而在水资源的节约上，有很多的议题，例如废水的回收与再使用（中水）、都市污水处理系统、雨水收集使用、各式省水器具(省水马桶等)、大力推广农业滴灌种植技术。
- 水资源对于生物如此重要，水资源的节约是全球相当重要性的议题。

### 造水

因为水对生命非常重要，所以人类尝试着根据水的基本特性以科学、技术、物理、化学、能量等各种方式来造水以增加水资源。

### 污染

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水污染即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境。水体中，最重要的指数是溶解氧。外来物质进入水体后，可以被微生物分解，被溶解氧氧化，这都要消耗一定的溶解氧，这叫做水体的“自净能力”，如果外来物质太多，溶解氧被完全消耗，就是超过了水体的自净能力，水中生物会因缺氧而窒息死亡或中毒，这就是污染状态。

污染的水若被生物饮用或灌溉，会严重的损害生物的健康，造成生物体被破坏、衰弱、生成疾病，严重者即失去生命。换言之，生物若饮用洁净的水，可保持健康、促进循环。因此避免水污染在全球是个重要的议题。为了解决这一问题，污水处理等水污染控制措施就变得十分必要。

## 水文化

人类很早就开始对水产生了认识，圣经创世纪记载，水是神创造万物之前就存在的元素，“起初，神创造天地。地是空虚混沌，渊面黑暗。神的灵运行在水面上。”(创世记1:1-2)东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素。

### 古代世界观中的水

在文明的早期，人们开始探讨世界各种事物的组成或者分类，水在其中扮演了重要角色。古代西方提出的四元素说中就有水；佛教中的四大种也有水；中国古代的五行学说中水代表了所有的液体，以及具有流动、润湿、阴柔性质的事物。

老子认为，如果在世界上找一样事物来描写“道”，最适合的就是“水”。因此，在《老子》第八章：“上善若水。水善利万物而不争，处众人之所恶，故几于道。”水滋润大地万物，却不争夺显赫的位置，处于大众讨厌的位置，去充满低洼之地，所以就接近于道了。第七十八章又说：“天下柔弱莫过于水，而攻坚强者莫之能胜，以其无以易之。”指出柔弱胜刚强的道理。《荀子》：“水能载舟，亦能覆舟”，指出了君王与民众的关系。

### 水崇拜

在从前，古人对于水兼有养育与毁灭能力、不可捉摸的性情，产生了又爱又怕的感情，而导致了水崇拜的出现。通过赋予水以神的灵性，祈求水给人类带来丰收和幸福。

中国传统上的龙王就是对水的神格化。凡有水域水源处皆有龙王，龙王庙、堂遍及全国各地。祭龙王祈雨是中国传统的信仰习俗。