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第三章 下午 3 1 回到办公室（第6页）

如果是极性水分子，带正电荷的部分就是氢原子。

由于氢原子电负性极小，它可以在两个水分子之间进行交换，以至我们再也分不清它是属于哪一个水分子。

在这种情况下，水分子间的相互作用是一种特殊类型的偶极-偶极相互作用，我们称为氢键，氢键使水分子之间紧密连接。

这就解释了为什么与类似物质[如硫化氢（H2S）]相比，水的沸点更高。

在常压下，当温度降低至0℃时，水开始凝固，水分子在氢键作用力下按照六边形的几何形状逐渐排列起来（氢键具有极强的方向性）。

这种排列方式使水分子之间的平均距离比水液态时更远，因此，冰的密度比液态水的密度低8%左右。

冰的密度比水的密度低，这又可以解释为什么人们会在冰上滑倒（还记得我们在第一章第4节中说过什么吗）。

你站在冰面上的时候脚底总是很滑，但实际上你不是在冰上滑倒的，而是在水上滑倒！

让我们看看这是为什么吧。

随着水的凝固，水的体积会逐渐增大，变成冰（这就是为什么在冬天无人居住的山区房屋中，人们要把水管排空，目的就是防止水凝固后体积增大使水管爆裂）。

但是如果将冰块进行压缩，则有利于融化。

当我们踩在冰层上时，我们的体重会使鞋底产生压力。

这种压力会使冰块局部融化，从而在脚下形成一层薄薄的液态水膜，我们就是在这上面滑倒的（在水坑里不会发生这种情况，因为下面是粗糙的路面，会产生摩擦力，但是在湿润光亮的路面上则会发生）。

南极探险家莱因霍尔德·梅斯纳尔（ReinholdMessner）的说法证实了这一点，在极低温度（-30～-40℃）的冰面上人根本不会滑倒。

因为即使受到我们的重量挤压，极低的温度也会阻止冰的表面融化。

同样的原理我们还可以解释为什么冰川会不断向下游移动。

冰川的巨大重量施加巨大的压力在冰岩分离表面，这些压力使冰块部分融化，然后冰川在形成的液态水层上向下滑动。

最后，还有一种魔术也是利用了相同原理，这是一种有趣的现象，称为复冰现象（regelation）。

如果我们在一块冰上放一根钢丝，钢丝两端系有砝码，用来增加钢丝线在冰块上的压力，慢慢地钢丝就会陷到冰块里面去，直到完全穿过冰块。

但是钢丝穿过之后的冰块仍是完整的。

钢丝所施加的压力融化了部分冰块，造成了一个切口。

但是液态水仍然留在裂缝中，并在一段时间后由于低温而再次凝固（复冰），所以最后冰块仍是完整的（图24）。

图24　复冰现象

水分子的极性也解释了为什么相对于离子物质或极性物质而言，它是极好的溶剂。

比如，当我们将普通食用盐（氯化钠）溶于水时，钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）之间的吸引力减弱，每个离子都被一定数量的水分子包围[溶解（solvation）]。

水分子中带负电的氧离子会靠近Na+，而水中带正电的氢离子会更靠近Cl-。

但水不能溶解非极性物质，如油类（见第一章第2节中关于表面活性剂的讨论）。

水的氧原子上有两对电子没有成键（非键合电子或孤对电子）。

除了解释水分子的折叠几何形状，这些电子在确定水分子的化学性质方面也具有相当重要的意义。

例如，如果水与酸接触，孤对电子的存在可以使水分子与H+相互作用形成H3O+[水合氢离子（oxoniumion）]。

根据布伦斯特和劳里的说法，也就是说水表现得像碱一样（因为能与酸反应）。

例如水与盐酸就会有以下反应：

HCl+H2O→H3O++Cl-

另一方面，根据布伦斯特和劳里的说法，如果水与碱[例如氨气（NH3）]接触，它可以作为酸提供一个H+：

NH3+H2O→NH4++OH-

简而言之，就是根据反应物质的不同，水可以表现为酸性，也可以表现为碱性。

我们把具有这种特性的物质称为两性物质。