普通的物質(zhì)　特殊的性質(zhì)

水的質(zhì)量、密度、壓強(qiáng)、比熱、溶解度，以及熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)等性質(zhì)稱(chēng)為水的物理性質(zhì)。水有些性質(zhì)是十分獨(dú)特的。許多物理量以水為標(biāo)準(zhǔn)。

在常溫常壓下，純凈的水無(wú)色、無(wú)味、透明。當(dāng)水多的時(shí)候則呈近似藍(lán)色，大水庫(kù)和海水的顏色是蔚藍(lán)色。透過(guò)水可以看見(jiàn)物體，因?yàn)楣饩€可以穿過(guò)水，但光對(duì)水的穿透力卻是有限的。少量的水透明，水多了就不透明了，日光只能透過(guò)幾百米的海水。在大洋的底部，光線照射不到，又黑又冷，那里也沒(méi)有植物。有些魚(yú)自己生有特殊的發(fā)光器官，有的干脆就是瞎子。我們平時(shí)說(shuō)“水是無(wú)色透明的液體”只是一個(gè)近似的說(shuō)法，純水沒(méi)有任何氣味。

水有三態(tài)變化：液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)。在101.325千帕的壓力下，水的沸點(diǎn)為100℃，冰點(diǎn)為0℃，4℃水的密度最大，為1克/厘米³。液態(tài)水的比熱容為4.18焦/（克·℃），冰的比熱為2.09焦/（克·℃）。在常溫常壓下，水的汽化熱為2445焦/克；在100℃和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的汽化熱為2557焦/克，當(dāng)水蒸氣凝結(jié)成水時(shí)，放出相同的熱量。在0℃和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下，冰的溶解熱為334焦/克，當(dāng)水凝結(jié)成冰時(shí)，放出相同的熱量。水從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)所吸收的熱量稱(chēng)為升華熱，升華熱等于汽化熱和溶解熱之和。在避免震蕩的情況下把水冷卻，可在0℃以下而不凍結(jié)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為水的過(guò)冷現(xiàn)象。但只要在這種過(guò)冷水中，加入少許塵屑或稍加擾動(dòng)，水便立即凍結(jié)。若將水內(nèi)氣體排出，避免震蕩，均勻加熱，水可在100℃以上而不沸騰。水的導(dǎo)熱性較其他液體小，在20℃時(shí)水的熱導(dǎo)率為0.006焦/(秒·厘米·℃)；冰的熱導(dǎo)率為0.0226焦/（秒·厘米·℃）；雪的熱導(dǎo)率與雪的密度有關(guān)，當(dāng)密度為0.1千克/升時(shí)，其熱導(dǎo)率為0.0029焦/(秒·厘米·℃)。水在0℃時(shí)的密度為0.99987千克/升，冰在0℃時(shí)的密度為0.9167千克/升，所以水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，密度發(fā)生突變，體積約增加9%，也就是說(shuō)此時(shí)冰的密度比水的密度低10%。自然界中的絕大多數(shù)物質(zhì)是熱脹冷縮，唯有水和銻兩種物質(zhì)在由液體變成固體時(shí)體積膨脹。

純水具有極微弱的導(dǎo)電能力，能電離出極小量的氫離子和氫氧根離子。純水在22℃時(shí)，正、負(fù)離子濃度相等，為10^-7克/升離子。

大自然是非常復(fù)雜的。水的液態(tài)、氣態(tài)、固態(tài)變化，除了受溫度影響以外，往往還和其他條件有關(guān)系。冰水之間融解和凝固是比較簡(jiǎn)單的。在一般情況下，低于0℃，水就凝固成冰；高于0℃，冰就會(huì)融解成水。但水面蒸發(fā)或冰面升華就有點(diǎn)復(fù)雜了。雖然蒸發(fā)和升華在任何溫度時(shí)都能進(jìn)行，不過(guò)它是隨著溫度的升高而加快的。此外，水的三態(tài)變化還和風(fēng)的大小、空氣的干燥程度、所在地的海拔高度（即由此決定的大氣壓強(qiáng)的大小）等因素有關(guān)。

光在水中的傳播速度為在空氣中的75%。水的折射率為1.33，所以在以空氣為界面的情況下，光在水中可以產(chǎn)生全反射。純水幾乎是不導(dǎo)電的，天然水有微弱的導(dǎo)電性。聲波在水中的傳播速度為1483米/秒。

在一定的溫度下，1米³體積的空氣里，水蒸氣的最大含量是固定的，這就是水蒸氣的飽和量。空氣中水蒸氣的飽和量也是隨著溫度的升降有顯著的增減。例如，氣溫在0℃時(shí)，1米³空氣的水蒸氣飽和量是4.84克；在20℃時(shí)，就增至7.12克；如果氣溫升到38℃時(shí)，飽和量就增至45.746克，相當(dāng)于0℃時(shí)的9倍多。正因?yàn)闅鉁芈杂凶兓?，水蒸氣的飽和量就成倍地變化，這就使空氣里的水蒸氣對(duì)溫度特別敏感。

在水的力學(xué)性質(zhì)方面，水對(duì)一般固體的附著力較內(nèi)聚力大，所以水一般都能潤(rùn)濕各種固體。水的表面張力較大，常溫下表面張力系數(shù)為0.073。在附著力和表面張力的共同作用下，水能沿毛細(xì)管上升，稱(chēng)為毛細(xì)現(xiàn)象。水的壓縮率很小，體積壓縮系數(shù)為4.74×10^-10，一般認(rèn)為水是不可壓縮的。水的運(yùn)動(dòng)黏度在20℃時(shí)為1.010×10^-6米2/秒。

一般情況下，水熱脹冷縮。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水受熱體積增大，溫度每上升1℃，體積就會(huì)增大1/5000。當(dāng)水的溫度在約4℃以下時(shí)，受冷后它的體積不但不縮小，而且還要脹大；再受冷，再脹……到0℃時(shí)，體積差不多要脹大1/10，就變成冰了。但有一點(diǎn)要說(shuō)明，當(dāng)水冷到0℃時(shí)，并不是立刻結(jié)冰，而是要再受冷才結(jié)冰。同樣，冰也不是熱到0℃時(shí)就化成水，而是要再受熱才化成水。0℃時(shí)，冰和水是都可以存在的。0℃是水的冰點(diǎn)，100℃是水的沸點(diǎn)。在不同的情況下，水的沸點(diǎn)也是變化的。當(dāng)水含有雜質(zhì)時(shí)，沸點(diǎn)會(huì)變高。在高山上，空氣稀薄，氣壓低，不到100℃水就沸騰了，所以在高山不容易把飯煮熟。水沸騰變成水蒸氣；水沒(méi)有沸騰時(shí)，也在不斷地變成水蒸氣。水在自然條件下變成水蒸氣，叫做“蒸發(fā)”，溫度越高，表面的空氣流動(dòng)越快，蒸發(fā)就越快。

水由一種形態(tài)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，都有科學(xué)的定義。固態(tài)的冰放在火爐上，過(guò)一會(huì)兒，冰慢慢變成液態(tài)的水，這種變化叫融解。再燒一會(huì)兒，水熱了，變成水蒸氣冒出來(lái)，這個(gè)變化叫蒸發(fā)。水開(kāi)了，是水的蒸發(fā)過(guò)程由表面進(jìn)入內(nèi)部，這種現(xiàn)象叫沸騰。在嚴(yán)寒的冬季，洗后晾在室外的衣服，盡管凍得直挺挺的，但過(guò)了一會(huì)兒也干了，這是因?yàn)楸苯幼兂伤魵馇那牡嘏艿袅?，這種現(xiàn)象叫升華。相反，空氣中的水蒸氣遇冷變成水滴，這個(gè)氣態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)變叫凝結(jié)。如果氣溫低于0℃，水汽可以直接變成固態(tài)，這叫做凝華，冬天的雪就是這樣形成的。冬季江河封凍，液態(tài)的水又變成固態(tài)的冰，這叫凝固。實(shí)際上，蒸發(fā)與凝結(jié)，凝華與升華，凝固與融解，這一系列的自然現(xiàn)象隨時(shí)都在進(jìn)行著。時(shí)而大朵的云彩淡妝素抹，隱身而去，時(shí)而凝成雨雪，露出原形。一夜之間會(huì)露滿原野，或霜鋪大地，太陽(yáng)一出就銷(xiāo)聲匿跡，無(wú)影無(wú)蹤……

水的熱學(xué)性質(zhì)告訴我們，水的液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)之間的轉(zhuǎn)化與溫度和壓力有關(guān)。當(dāng)水蒸氣的溫度高于374.2℃時(shí)，不論壓力多大，都不能使氣態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，這個(gè)溫度稱(chēng)為水的臨界溫度。水的這個(gè)性質(zhì)，用處很大。比如，大發(fā)電廠的巨型發(fā)電機(jī)，單個(gè)發(fā)電機(jī)組容量幾十萬(wàn)千瓦、上百萬(wàn)千瓦，推動(dòng)這樣大的發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)，需要很大壓力的蒸汽。為使蒸汽不至于在高壓下變成水，保持推動(dòng)力，就要增加蒸汽溫度，使之超臨界。所以，推動(dòng)大功率的汽輪機(jī)的蒸汽都是超臨界溫度的，也就是說(shuō)，蒸汽溫度在374.2℃以上。

水是流動(dòng)的，沒(méi)有一定的形狀，隨容器的形狀而變。利用這一點(diǎn)，我們可以解決許多難題。如果想知道一個(gè)形狀不規(guī)則的瓶子的容積有多大，只要把瓶子裝滿水，測(cè)量水的體積即可；如果想知道一塊形狀不規(guī)則石塊的體積有多大，只要把它放入裝滿水的容器內(nèi)，測(cè)量它排出的水量就可知道。物體在水中所受的浮力等于它所排開(kāi)水的重量。正是運(yùn)用這一原理，阿基米得測(cè)出了皇冠中金子的純度。

流動(dòng)的水能做功，流動(dòng)的水可以推動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)榱鲃?dòng)的水或者從高處落下的水具有能量，這種能量叫做動(dòng)能或勢(shì)能。水流越急，落差越大，它的能量就越大。古代的人們就是用這種水輪帶動(dòng)工具碾米、磨面，有的用來(lái)帶動(dòng)工廠里的機(jī)器運(yùn)動(dòng)。還有一種特制渦輪機(jī)，用來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

水有重量，又因其重量而產(chǎn)生壓力，這種壓力叫水壓。在水中的任一給定深度，水向各個(gè)方向上單位面積的壓力都相等。水中的壓強(qiáng)與水的深度成正比，在同一深度，各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。我們可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)證明，同一高度上各個(gè)方向的水壓是相等的。根據(jù)這一特性，人們制造了水壓機(jī)，有的水壓機(jī)壓力可達(dá)萬(wàn)噸以上。水的壓強(qiáng)與水的流速也有關(guān)系。在同一管道里，水的流速與壓強(qiáng)成反比，流速越大，壓強(qiáng)越小。

流動(dòng)的水還有一個(gè)奇妙的性質(zhì)，在水速達(dá)到100米/秒時(shí)，水不再是柔軟的液體，而成為鋼刀砍不斷的水流。這樣的高速水流，可以采煤鑿礦?，F(xiàn)在，水利采煤工藝已被許多大型煤礦普遍采用。

物質(zhì)的許多物理量單位以水做標(biāo)準(zhǔn)。如表示物質(zhì)的密度，把常溫、常壓下1立方厘米的水的質(zhì)量作為1克；表示自然界的溫度，把常溫常壓下水的凝固點(diǎn)定為0℃，沸點(diǎn)定為100℃。