化工与健康第五讲水的化学

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1、化工与健康第五讲水的化学主讲：张宝华副教授zhangbh@shu.edu.cn13917021134播放纯净水视频水的生活化学LiveChemistryofWater水与日常生活水的净化与优化饮料水资源的开发与利用1水与日常生活地球形成的初期，大规模的火山爆发释放出大量挥发性气体，这些气体的主要成分是水蒸气(约占75％以上)、二氧化碳、氮和其它微量气体。水蒸气凝结为液态的水汇聚在地壳表面的低洼处，便形成了现今地球上的海洋和天然湖泊。对于活的有机体的生存来说，水是关键性的，人不吃饭可以活两个多月，而不喝水只能活几天。1.1活的有机体中水的分布与生物学功能有机体含水量(％)有机体含水量(

2、％)海生无脊椎动物97鱼82人胎儿(1月)93瘦肉76成年人体70水果80细胞原生质80蔬菜89体液95黄瓜95神经组织84土豆75哺乳类动物65陆地草类植物80～90牛奶88乳酪35人体中水的分布细胞中的水占体重的40％细胞外的液体占体重的15％血浆中的水占体重的5％水有许多生物学上的功能①水在消化和新陈代谢的化学反应中起着很大作用：水通过血液将营养和氧气输送到细胞，并从细胞中把废物带走。没有水，我们将被自己体内的废物毒杀。②水有保持溶解状态的钠和钾的能力，这对传送电脉冲使肌肉和神经活跃是不可缺少的，因此，水在体液和细胞的酸碱平衡上起着主要作用。③人体内到处无时不在进行的化学反应所

3、释放的热，在调节体温始终保持在37℃中水起着主要作用。④我们体内的水同时又是一个减震器，脑有液体（大部分是水）包围着，它可免受震荡，同样人体的骨骼、关节、器官和神经也有液体润滑，使我们在固体的世界中生活时，身体不致因必须承受无数震荡而受到伤害。水就象自然界中的溪流和潮汐一样，流入、流过而又流出。那流动、润滑、温暖、消热的水，那溶解着又携带着滋养我们的各种分子(或离子)的水，才是生命得以生存的源泉。趣题讨论1：想想看你的饮水够量吗？水有许多生物学上的功能，对于人的生存来说，水的作用仅次于空气。然而大多数人都不知道自己每天应该喝多少量的水，事实上我们当中有许多人都在脱水状态下生存着。水有

4、许多生物学上功能，如果饮水不够量，那么人体的生理机能的每一部分都有可能受损害。现实生活中就有许多人由于喝水不足量而导致脂肪堆积、肌肉松弛、消化和其它器官功能下降、体内毒素增加、肌肉和关节疼痛、水的滞留量增加等等。人只有感到口渴了，才会去喝水。那么人为什么会感到口渴呢？原来人体组织液中钠离子浓度的正常值为137毫摩尔/升，当体液中钠浓度比正常值高2毫摩尔/升时，就会有一种化学信号流经脑的饮水中枢，再由脑中枢向口和喉发出一种信号，此时口和喉的神经组织就会使我们感到口渴，于是我们开始喝水，并使钠离子浓度恢复到正常值，这样渴就解了。那么我们每天究竟需喝多少量水呢？这里有一个简单的公式可以用于

5、估算：一个不需剧烈运动的健康人，每天的饮水量约为每公斤体重33毫升水；而对于一个运动员来说，每天的饮水量约是健康人的4/3倍。这样，一个健康人每天至少需要喝8~10杯水，每杯水约230毫升。体胖者每超出理想体重11公斤，就应该比正常的健康人多喝一杯水。O1.2水的结构和特性HH0.096nm105°-＋水的结构（水蒸气中）氧原子的电负性比氢原子的电负性大，每个O－H共价键都是极性的，而水分子的“V”形结构使得整个分子呈现极性，其中氧分子在负极一端，氢原子在正极一端。在水中，氢和氧的电负性之差很大，使得H2O中的成键电子显著偏离氢原子，因此H2O分子中体积很小的氢原子几乎就象赤裸裸

6、的质子，这种氢原子就能被另一个分子内的氧原子所吸引，即形成氢键。氢键决定了水具有异常特性，如高的熔点与沸点，高的气化热、溶化热与比热等。氢原子氧原子水分子中氢键的形成化合物分子量熔点熔解热沸点蒸发热偶极矩(℃)(kJ.mol-1)（℃）(kJ.mol-1)(dB)H2O180.06.0210040.671.84H2S34-85.52.38-60.318.661.10H2Se81-65.72.51-41.319.330.4H2Te130-514.18-2.223.22<0.2表1水及同水结构类似的物质特性碲硒水的熔点0℃和沸点100℃在常温附近，用一般的加热或泠却方法就很容易实现，因此

7、人类常常利用水的固、液、气三态变化来转换能量。水的高气化热，高比热——调节有机体的体温水的高熔化热，冬季冰的形成和春天冰的熔化都很缓慢，春天冰熔化时不会发生灾难性洪水水能储存大量的太阳能，这对当地的气候具有调节作用。冰中的水分子内O—H键长0.099nm，(对比：0.096nm)，增大键角109°30’，（对比105°），四面体角，增大冰晶体结构：键长比液态和气态水大，键角也大（四面体角）——分子间保持着较大的空隙，使得冰的密度小于液态水，天然水体在冬季能