關(guān)于“水是H2O”的論點(diǎn)，一直是哲學(xué)家們喜歡的話題，他們從各種角度論證“水就是H2O”、“H2O就是水”。我們從初中接觸化學(xué)起，也被老師教育說水是H2O，于是大家都不認(rèn)為這中間存在什么問題。

但化學(xué)家們顯然并不這么看。

　　（水的分子式）

本文就向你介紹其中的科學(xué)道理。

水是H2O分子的集合

水是什么？這看起來像是個傻問題。

水是由氫和氧兩種元素按2:1的比例組成的無色無嗅無味透明的無機(jī)液體，它廣泛分布在地球表面；它是生命的重要組成部分，地球上正是有了大量液態(tài)水才孕育出生命，我們可以一天不吃東西，但沒有辦法一天不呼吸，也必須每天補(bǔ)充水。

　　（水是生命的源泉）

水有很多的名稱：一氧化二氫、氫氧化氫、氧化氫、氫氧酸、氧烷......等等。國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）給它的正式命名只有兩個：水(Water)、氧烷(Oxidane)。

H2O是水分子的化學(xué)式，化學(xué)家們認(rèn)為水是“H2O分子的集合”，而H2O本身并不代表任何水微觀結(jié)構(gòu)的描述，“H2O”是組成式，用以描述制造水的氫和氧的組合比例。相比之下，水分子的結(jié)構(gòu)式H—O—H更能反應(yīng)水的某些物理和化學(xué)特性。

　　（水分子因氫氧原子所攜帶的電荷而擁有很強(qiáng)的極性）

我們都知道，水有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)這三種形態(tài)，許多人不知道水還有超固體、超液體、超臨界流體、等離子體、費(fèi)米子凝聚態(tài)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)等許多形態(tài)。水之所以存在這么多的形態(tài)，與單個H2O分子的原子鍵相關(guān)，更與H2O分子間的氫鍵相關(guān)。像許多其它物質(zhì)一樣，單個H2O分子無法體現(xiàn)水的形態(tài)，它只是H2O分子，它不是水。

　　（水分子間通過氫鍵相互形成分子團(tuán)）

水其實(shí)并不簡單

給你一個極干凈的杯子，里邊裝了一杯極純凈的水，杯子里會全是H2O分子嗎？并不。在任何一杯液態(tài)水里，都會存在著自由電離的氫離子和氫氧根離子。

在這里“H3O+”被稱為水合氫離子，事實(shí)上水合氫離子常常體現(xiàn)為H9O4+，這意味著氫離子和氫氧根離子在液態(tài)水中與H2O分子共存，并且隨時(shí)重組、不斷變換自己的身份。

純水中氫離子物質(zhì)的量濃度為10^-7mol/L，看起來不多，但很重要。

因?yàn)榉肿娱g氫鍵的作用，H2O分子會結(jié)合成更大的聚合物，當(dāng)一個攜帶正電荷的氫離子附著在一個聚合物簇的一點(diǎn)上時(shí)，就可以誘導(dǎo)電荷在簇間的協(xié)同轉(zhuǎn)移，在某個遙遠(yuǎn)的點(diǎn)釋放一個氫離子。其結(jié)果是電荷從一個點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個點(diǎn)，而不需要攜帶它的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。水就是通過這種方式導(dǎo)電的。

水的物理特性與水分子間的氫鍵有很大關(guān)系

一個大氣壓下，當(dāng)水的溫度在0℃~3.98℃時(shí)，水中大多是兩個H2O或三個H2O分子抱成團(tuán)，形成（H2O）2和（H2O）3締合分子，這時(shí)候水分子間的距離最近，水的密度最大；

溫度升高，締合分子越來越少，水開始膨脹；當(dāng)溫度上升到100℃，水分子間的氫鍵斷開，單個的水分子變成水蒸氣；

而溫度降低到0℃以下時(shí)，水開始結(jié)冰，所有的H2O分子會聚合成一個巨大的分子團(tuán)，由于水分子力場的關(guān)系，氧原子會與附近兩個水分子的氫原子結(jié)成氫鍵，這種晶體結(jié)構(gòu)造成更大的空隙，使體積膨脹。這就是冰的密度比水低、會浮在水面的原因。

　　（水在固態(tài)與液態(tài)的分子排列）

當(dāng)達(dá)到374℃的臨界溫度和22.1MPa的臨界壓力時(shí)，水會呈現(xiàn)氣體與液體完全交融的超臨界狀態(tài)，此時(shí)的水會顯示出極強(qiáng)的氧化能力，它甚至可以跟王水一樣腐蝕黃金。與水的其它物理化學(xué)性質(zhì)一樣，水的超臨界性質(zhì)也不是單個H2O分子所能具備的，它與水分子的力場以及分子間的氫鍵組合方式密切相關(guān)。

　　（水分子力的模型及力點(diǎn)分布）

重水

氫有三種核素，分別是氕、氘和氚。我們最常見的氫就是氕，它的原子核中僅有一個質(zhì)子；氕的同位素氘，其原子核中有一個質(zhì)子和一個中子，它比氫重一倍；氚的原子核有一個質(zhì)子和兩個中子。

重水和普通水一樣，也是由氫的核素氘與氧化合而成的液體化合物。因?yàn)橹厮梢越档椭凶拥乃俾剩运鳛橹凶拥臏p速劑被廣泛用于核反應(yīng)堆中。

　　（半重水與重水的球棒模型）

氚在自然界中極少，但氘卻有很多。自然界中重水（D2O）的含量約占0.015%；另外還有一種半重水（HDO）的含量約為0.031%。實(shí)際上我們喝的每一杯水中都有它們的存在，如果你把一壺水燒干，最后剩下的水中D2O和HDO的含量會更多，因?yàn)樗鼈兊姆悬c(diǎn)比H2O更高（約101℃），重水更不容易氣化。

由于重水在自然界水中的含量極低，加之重水與普通水（輕水）相比沒什么毒性，所以對我們的健康不會造成什么影響。

總結(jié)：

分析到這里，你應(yīng)該明白了，所謂的“水不是H2O”并不是玩弄什么文字游戲，嚴(yán)謹(jǐn)表述的背后是一系列嚴(yán)肅的科學(xué)道理：

水只有在許許多多H2O分子組合成分子集合時(shí)，才能表現(xiàn)出其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，這是一個或兩個H2O分子做不到的；

　　（表面張力是水分子鍵力作用的結(jié)果）

決定水物理化學(xué)特性的除了水分子的力場、分子間氫鍵的作用、分子與其離子態(tài)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換關(guān)系外，還與溫度與壓力等因素密切相關(guān)；

天然的純水中不只有H2O分子，還存在D2O分子和HDO分子，正是這些分子共同構(gòu)成了水這種平凡又神奇的液體。

水不是H2O，H2O也不等于水，水是H2O分子的集合。從物質(zhì)的化學(xué)特性角度，“水”是一個謂詞，水的實(shí)際特征需參考其微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特征，而H2O只是水分子的一個化學(xué)符號而已。