水与人类生存

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1、水与人类生存主讲教师:肖益民ymxiao@163.com水电学院水文水资源系课程内容:一、水的起源与水的性质二、水循环与水量平衡三、漫谈几种水体四、自来水与饮水科学五、作为资源的水六、洪灾与旱灾七、人与水、水与人八、总结与测验基本要求1、按时上课，有事请假2、课堂积极参与讨论，课后查阅资料3、开卷考试第一章水的起源与水的性质一、水的起源和形成过程二、水的结构和构成三、水的物理性质四、水的化学性质五、水的动力学性质地球是一个蔚蓝色的大球体，水是地球表面数量最多的物质，它覆盖了地球70%以上的表面。这么多水从哪来?地球上本身

2、有水吗？第一节水的起源和形成过程一、水的起源地球刚诞生时，没有河流、海洋，更没有生命，它的表面是干燥的，大气层中也很少有水分。现在自然界各种水体中的水从何而来？地球上的水究竟来自何方呢?这个令人费解的问题从古至今，吸引着无数中外智者的兴趣。大多数学者认为，地球上水的起源与地球本身的起源密切相关。但是，到底地球上的水是怎么来的，现在有许多假说，例如凯萨廖夫等人提出的全球大洋水体来源的假说达32种之多。主张地球上的水是自生的人认为:在星云凝聚成初始行星——地球之后，才可能有水形成于原始的氢和氧。后来在温度升高、内部脱氧时，在

3、物质分异组成地球圈层，以及氢、氧从行星中部运移到其边缘的过程中，通过各种物理和化学作用才形成了水。全部假说可大致分为两类:一类是自生的，一类是外来的。主张地球上的水是外来的人认为:地球形成的时候，就从宇宙俘获了大量的水，以后逐渐释放并留存下来。水是宇宙物质，当宇宙中的尘埃云凝聚成地球时，它们同时也被封存在地球的原始物质球粒陨石中。由于地球体积不断缩小，引力随之增加，这些气体已无法摆脱地球的引力，从而围绕着地球，构成了“原始地球大气”，原始大气由多种成分组成，水蒸汽是其中之一。水蒸汽从何而来？组成原始地球的固体尘埃，实际上

4、是衰老了的星球爆炸而成的大量碎片，这些碎片多是无机盐之类的东西，在其内部蕴藏了许多水分子，即所谓的结晶水合物，在地球内部高温作用下离析出来变成了水蒸气。二、水的形成喷到空中的水蒸气达到饱和时就冷却成云，变成雨，落到地面上，聚集在低洼出，逐渐积累成湖泊和河流，最终汇集到地表最低区域形成海洋。水在开始形成时，不论湖泊或海洋，水量不多，随着地球内部产生的水蒸气不断地被送入大气层，地面水量不断增多，经历几十亿年的地球演变过程，最后终于形成了现在所见的江河湖海。地球形成初期岩浆活动异常激烈，火山喷发频繁。有些地方隆起形成山峰，有些

5、地方下陷变成山谷，火山喷出大量气体。大气中的水蒸汽逐步增多，饱和后冷却成云，变成雨落在地上，形成了江河湖海。第二节　水的结构和构成一、水的构成水是含有两个氢原子和一个氧原子的分子化合物。氢有三种天然存在的同位素（）。氧有六种同位素天然存在的水绝大部分都是二、水的分子结构（一）分子结构水分子中的氧原子受到四个电子对包围，其中两电子对与两个氢原子共享，形成两个共价键；另外两对是氧原子本身所持有的孤对电子。四个电子对之间由于带负电而互相排斥，使它们有呈四面体结构的倾向，但因孤对电子占据的空间较少，与共享电子相比具有更大的斥力，

6、因此使键角由（几何正四面体）缩减到氢键使水分子发生缔合，缔合的水减弱了水分子的极性，传递离子的能力也降低，故长期静置的水缔合程度大，“活性”严重丧失而成为“死水”。在加热、磁场等作用下，水分子间的氢键将被程度不同地破坏，从而降低了缔合度而活化。因此，物质一般在热水中溶解度大；热水洗涤效果好等，都与水的缔合度降低有关。水的相态转化即是靠了这种氢键力的作用。水的缔合是放热过程，水的离解则是吸热过程。所以温度升高，水的缔合程度的下降，即(H2O)x的x值减小；温度降低，水的缔合度增大，即(H2O)x的x值增大。在高温时，水主要

7、以单分子状态存在，水变为水汽；在低温时(273.15K以下)水结成冰，全部水分子缔合成一个巨大缔合分子。（二）气态水气态水绝大多数以单分子形态存在，所以其在常温常压下密度很小，相当于同温同压下液态水密度的左右。一般，随着压力的增加，水的汽液两态转化的温度逐渐升高，即压力增加，水汽化的温度液随之增加；然而，当水汽的温度达到374.2℃时，无论压力有多大，都不会使气态水转化为液态水，该温度称作水的临界温度。所以气态水的密度在温度很高、压力足够大时会大于常温常压下的液态水的密度。（三）固态水固态水（冰）中的每一个水分子都被相邻

8、的四个水分子包围，每个水分子位于变形四面体的顶点，冰是由无数个这样的四面体通过氢键互相连结成一个庞大的晶体的。由于氢键的方向性要求，水分子不能做到紧密堆积，所以冰的晶体具有较大的空隙，即水结成冰后，体积增大，密度会比液态水减小，所以冰可以浮在水面之上。但是当压力达到2.0265ⅹ10^8个大气压时，它的密度又会变得比