水的化學(xué)結(jié)構(gòu)

水的化學(xué)結(jié)構(gòu)水（化學(xué)式為H2O），是由氫、氧兩種元素組成的無機(jī)物，無毒，可飲用。在常溫常壓下為無色無味的透明液體，被稱為人類生命的源泉，是維持生命的重要物質(zhì)，也叫氧化氫。水是地球上最常見的物質(zhì)之一，地球表面約有71%被水覆蓋。它是包括無機(jī)化合、人類在內(nèi)所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分。它在空氣中含量雖少，但卻是空氣的重要組分。純水導(dǎo)電性十分微弱，屬于極弱的電解質(zhì)。日常生活中的水由于溶解了其他電解質(zhì)而有較多的陰陽離子，才有較為明顯的導(dǎo)電性。2022年9月，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水。理化性質(zhì)水在常溫下為無色、無味、無臭的液體。水在3.98℃時(shí)密度最大（999.97kg/m3，近似計(jì)算中常取1000kg/m3）。固態(tài)水（冰）的密度（916.8kg/m3）比液態(tài)水的密度（999.84kg/m3）小，所以冰能漂浮在水面上。水結(jié)冰時(shí)，體積略有增加。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa）下，純水的沸點(diǎn)為100℃，凝固點(diǎn)為0℃。純水的理論電導(dǎo)率為σ＝0.055μS/cm。水的比熱容大，c＝75.3J/(mol·K)，所以能很好地起到調(diào)節(jié)溫度的作用。水的標(biāo)準(zhǔn)生成焓很高，ΔfHmΘ＝-285.8kJ/mol，所以熱穩(wěn)定性好。在2000K的高溫下，其離解不足百分之一。常溫下，水的離子積常數(shù)Kw＝1.00×10-14。水分子的結(jié)構(gòu)水分子是極性的，即水分子的正負(fù)電荷中心不重合（見圖片），這使得水成為一種很好的溶劑。很多常見氣體可以溶解在水中，如氨氣、二氧化硫、二氧化碳、二氧化氮等，這些氣體的溶解度與溫度、壓力、氣相分壓等因素有關(guān)。生理意義水是人體正常代謝所必需的物質(zhì)，正常情況下身體每天要通過皮膚、內(nèi)臟、肺以及腎臟排出1.5L左右的水，以保證毒素從體內(nèi)排出。兒童體內(nèi)有80%的水，老人體內(nèi)則有50％~60%，正常中年人體內(nèi)則有70%的水。水在機(jī)體內(nèi)有許多重要功能：（1）水是細(xì)胞原生質(zhì)的重要組分；（2）水在體內(nèi)起溶媒作用，溶解多種電解質(zhì)；（3）水在體內(nèi)起運(yùn)輸作用，可以傳遞營養(yǎng)物質(zhì)、代謝廢物和內(nèi)分泌物質(zhì)（如激素）等；（4）水有較高熱導(dǎo)性和比熱，可作為“載熱體”在體內(nèi)和皮膚表面間傳遞熱量，有助于人體調(diào)節(jié)體溫。水總硬度定義及其分類水總硬度指的是水中鈣離子、鎂離子的總量，是衡量自來水是否符合標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，主要可以分為暫時(shí)硬度和永久硬度兩大類。暫時(shí)硬度是指水中的鈣鎂離子以碳酸鹽的形式存在，遇熱就會(huì)形成碳酸鹽沉淀，最終被除去；而永久硬度則是指水中鈣鎂離子主要以硫酸鹽、硝酸鹽等形式存在，性質(zhì)穩(wěn)定，不易除去。測(cè)定意義水硬度是評(píng)價(jià)水質(zhì)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于飲用水以及工業(yè)用水有著很重要的影響。水硬度過高可能會(huì)形成水垢，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，為確定水質(zhì)以及進(jìn)行水的相關(guān)處理，要對(duì)水中鈣鎂離子進(jìn)行測(cè)定，即水總硬度的測(cè)試。水總硬度的監(jiān)測(cè)分析是水質(zhì)檢測(cè)的重要工作之一，不僅影響到水的質(zhì)量，還會(huì)影響到人們生產(chǎn)以及生活的安全。在科技快速發(fā)展的今天，更多的檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，提高了水總質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確性，保障了水質(zhì)的安全以及使用質(zhì)量。注意問題（1）溶液pH值問題測(cè)試中溶液的pH值在一定程度上會(huì)影響到金屬鈣鎂離子與EDTA生成絡(luò)合物的穩(wěn)定性。pH過低，將會(huì)使絡(luò)合物的穩(wěn)定性降低；pH過高，則水中鈣鎂離子將不能與EDTA反應(yīng)。因此，在進(jìn)行水總硬度測(cè)試之前必須要確定使用溶液的pH值，以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。（2）滴定溶液的溫度問題水總硬度檢測(cè)時(shí)滴定溶液的溫度對(duì)檢測(cè)結(jié)果有著很大的影響，溫度過低就會(huì)造成反應(yīng)速度過慢，滴定過量；溶液溫度過高就會(huì)使測(cè)試溶液中有效物質(zhì)變質(zhì)，影響鈣鎂離子與EDTA的反應(yīng)過程。最終影響到水總硬度的檢測(cè)。（3）緩沖溶液的問題EDTA具有弱酸性，其反應(yīng)過程受到溶液pH值的影響，因此，要將緩沖溶液加入到滴定溶液中，保持適合的pH值，保證測(cè)試的順利進(jìn)行。（4）鉻黑T的問題鉻黑T是一種常見的金屬離子指示劑，用于滴定檢測(cè)過程中與鈣鎂離子進(jìn)行置換作用，有明顯的顏色變化，可以準(zhǔn)確的測(cè)出水的質(zhì)量問題。鉻黑T指示劑的配制可以分為兩類，一類是固體指示劑，另一類則是液體指示劑。（5）滴定時(shí)間及速度問題水總硬度測(cè)試中，每次滴定必須要按照規(guī)定的零刻度開始，這樣可以保證讀數(shù)都在滴管的同一個(gè)位置上，減少讀數(shù)的誤差。在堿性溶液中，鉻黑T會(huì)隨著時(shí)間的流逝而被氧化，影響最后反應(yīng)結(jié)果。因此，要保證其在五分鐘之內(nèi)完成反應(yīng)，測(cè)出結(jié)果。但是，也要注意滴定的時(shí)候速度不要過快，否則可能導(dǎo)致溶液粘在滴定管壁上，影響讀數(shù)的誤差。（6）溶液中二氧化碳的問題溶液中可能含有碳酸氫根等物質(zhì)，當(dāng)其濃度過大時(shí)，就會(huì)使反應(yīng)效果提前，影響測(cè)試結(jié)果。因此應(yīng)該適當(dāng)加入鹽酸，將其中和反應(yīng)掉，使溶液呈現(xiàn)中性。還要注意，不要將滴定溶液放置時(shí)間過長，其極易與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，出現(xiàn)返紅現(xiàn)象。解決辦法水總硬度的檢測(cè)受到環(huán)境因素的影響，如果在滴定過程中發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)終點(diǎn)色，有可能是鐵離子、銅離子以及錳離子等的干擾，它們與指示劑形成更加穩(wěn)定的絡(luò)合物，導(dǎo)致EDTA不能把金屬離子置換出來，就會(huì)影響水總質(zhì)量的測(cè)定。（1）鐵離子在水總硬度測(cè)試中，鐵的含量過高，就會(huì)干擾到測(cè)試的結(jié)果。相應(yīng)的解決辦法就是要在加入緩沖溶液之前加入三乙醇胺，加快滴定速度，將鐵離子屏蔽?；蛘咭部梢岳贸恋磉^濾的方法來除去鐵離子，減少測(cè)試的誤差。（2）銅離子在水總質(zhì)量的測(cè)試中，若是水樣中存在銅離子，將會(huì)出現(xiàn)指示劑封閉的現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不清晰。相應(yīng)的解決方法之一就是在加入緩沖溶液之前加入氰化鉀，使之與銅離子反應(yīng)從而消除銅離子的干擾，但是要注意氰化鉀的劇毒性，盡量減少使用；另一種方法就是加入硫化鈉，也是使其與銅離子反應(yīng)，形成硫化銅沉淀，將其過濾掉。（3）鋁離子若是水樣中存在鋁離子，在其作用下，可能會(huì)吸附指示劑，導(dǎo)致終點(diǎn)色出現(xiàn)時(shí)間延長，影響水硬度的測(cè)試。而解決辦法可以參考鐵離子的解決辦法，使水總硬度測(cè)試順利進(jìn)行。（4）水樣總堿度水總硬度檢測(cè)中，如果水樣滴定終點(diǎn)變藍(lán)，但是又很快的變回紫色，則證明水的堿性很大，主要是由于鈣鎂離子造成的，相應(yīng)的解決辦法就是可以在檢測(cè)之前將鹽酸酸化煮沸，可以去除一定的堿性，之后需要將氫氧化鈉與之融合至中性，再繼續(xù)檢測(cè)將會(huì)發(fā)現(xiàn)滴定終