水與人類生存

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1、水與人類生存主講教師:肖益民ymxiao@163.com水電學院水文水資源系課程內(nèi)容:一、水的起源與水的性質二、水循環(huán)與水量平衡三、漫談幾種水體四、自來水與飲水科學五、作為資源的水六、洪災與旱災七、人與水、水與人八、總結與測驗基本要求1、按時上課，有事請假2、課堂積極參與討論，課后查閱資料3、開卷考試第一章水的起源與水的性質一、水的起源和形成過程二、水的結構和構成三、水的物理性質四、水的化學性質五、水的動力學性質地球是一個蔚藍色的大球體，水是地球表面數(shù)量最多的物質，它覆蓋了地球70%以上的表面。這么多水從哪來?地球上本身

2、有水嗎？第一節(jié)水的起源和形成過程一、水的起源地球剛誕生時，沒有河流、海洋，更沒有生命，它的表面是干燥的，大氣層中也很少有水分?，F(xiàn)在自然界各種水體中的水從何而來？地球上的水究竟來自何方呢?這個令人費解的問題從古至今，吸引著無數(shù)中外智者的興趣。大多數(shù)學者認為，地球上水的起源與地球本身的起源密切相關。但是，到底地球上的水是怎么來的，現(xiàn)在有許多假說，例如凱薩廖夫等人提出的全球大洋水體來源的假說達32種之多。主張地球上的水是自生的人認為: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氫和氧。后來在溫度升高、內(nèi)部脫氧時，在

3、物質分異組成地球圈層，以及氫、氧從行星中部運移到其邊緣的過程中，通過各種物理和化學作用才形成了水。全部假說可大致分為兩類:一類是自生的，一類是外來的。主張地球上的水是外來的人認為:地球形成的時候，就從宇宙俘獲了大量的水，以后逐漸釋放并留存下來。水是宇宙物質，當宇宙中的塵埃云凝聚成地球時，它們同時也被封存在地球的原始物質球粒隕石中。由于地球體積不斷縮小，引力隨之增加，這些氣體已無法擺脫地球的引力，從而圍繞著地球，構成了“原始地球大氣”，原始大氣由多種成分組成，水蒸汽是其中之一。水蒸汽從何而來？組成原始地球的固體塵埃，實際上

4、是衰老了的星球爆炸而成的大量碎片，這些碎片多是無機鹽之類的東西，在其內(nèi)部蘊藏了許多水分子，即所謂的結晶水合物，在地球內(nèi)部高溫作用下離析出來變成了水蒸氣。二、水的形成噴到空中的水蒸氣達到飽和時就冷卻成云，變成雨，落到地面上，聚集在低洼出，逐漸積累成湖泊和河流，最終匯集到地表最低區(qū)域形成海洋。水在開始形成時，不論湖泊或海洋，水量不多，隨著地球內(nèi)部產(chǎn)生的水蒸氣不斷地被送入大氣層，地面水量不斷增多，經(jīng)歷幾十億年的地球演變過程，最后終于形成了現(xiàn)在所見的江河湖海。地球形成初期巖漿活動異常激烈，火山噴發(fā)頻繁。有些地方隆起形成山峰，有些

5、地方下陷變成山谷，火山噴出大量氣體。大氣中的水蒸汽逐步增多，飽和后冷卻成云，變成雨落在地上，形成了江河湖海。第二節(jié)　水的結構和構成一、水的構成水是含有兩個氫原子和一個氧原子的分子化合物。氫有三種天然存在的同位素（）。氧有六種同位素天然存在的水絕大部分都是二、水的分子結構（一）分子結構水分子中的氧原子受到四個電子對包圍，其中兩電子對與兩個氫原子共享，形成兩個共價鍵；另外兩對是氧原子本身所持有的孤對電子。四個電子對之間由于帶負電而互相排斥，使它們有呈四面體結構的傾向，但因孤對電子占據(jù)的空間較少，與共享電子相比具有更大的斥力，

6、因此使鍵角由（幾何正四面體）縮減到氫鍵使水分子發(fā)生締合，締合的水減弱了水分子的極性，傳遞離子的能力也降低，故長期靜置的水締合程度大，“活性”嚴重喪失而成為“死水”。在加熱、磁場等作用下，水分子間的氫鍵將被程度不同地破壞，從而降低了締合度而活化。因此，物質一般在熱水中溶解度大；熱水洗滌效果好等，都與水的締合度降低有關。水的相態(tài)轉化即是靠了這種氫鍵力的作用。水的締合是放熱過程，水的離解則是吸熱過程。所以溫度升高，水的締合程度的下降，即(H2O)x的x值減小；溫度降低，水的締合度增大，即(H2O)x的x值增大。在高溫時，水主要

7、以單分子狀態(tài)存在，水變?yōu)樗?；在低溫時(273.15K以下)水結成冰，全部水分子締合成一個巨大締合分子。（二）氣態(tài)水氣態(tài)水絕大多數(shù)以單分子形態(tài)存在，所以其在常溫常壓下密度很小，相當于同溫同壓下液態(tài)水密度的左右。一般，隨著壓力的增加，水的汽液兩態(tài)轉化的溫度逐漸升高，即壓力增加，水汽化的溫度液隨之增加；然而，當水汽的溫度達到374.2℃時，無論壓力有多大，都不會使氣態(tài)水轉化為液態(tài)水，該溫度稱作水的臨界溫度。所以氣態(tài)水的密度在溫度很高、壓力足夠大時會大于常溫常壓下的液態(tài)水的密度。（三）固態(tài)水固態(tài)水（冰）中的每一個水分子都被相鄰

8、的四個水分子包圍，每個水分子位于變形四面體的頂點，冰是由無數(shù)個這樣的四面體通過氫鍵互相連結成一個龐大的晶體的。由于氫鍵的方向性要求，水分子不能做到緊密堆積，所以冰的晶體具有較大的空隙，即水結成冰后，體積增大，密度會比液態(tài)水減小，所以冰可以浮在水面之上。但是當壓力達到2.0265ⅹ10^8個大氣壓時，它的密度又會變得比