電池用水基本知識

水是由氫、氧兩種元素組成的無機物，在常溫常壓下為無色無味的透明液體。水是最常見的物質之一，是包括人類在內所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。

1水的來源

地球是太陽系八大行星之中唯一被液態水所覆蓋的星球。地球上水的起源在學術上存在很大的分歧，目前有幾十種不同的水形成學說。有觀點認為在地球形成初期，原始大氣中的氫、氧化合成水，水蒸氣逐步凝結下來并形成海洋；也有觀點認為，形成地球的星云物質中原先就存在水的成分。另外的觀點認為，原始地殼中硅酸鹽等物質受火山影響而發生反應、析出水分。也有觀點認為，被地球吸引的彗星和隕石是地球上水的主要來源，甚至現在地球上的水還在不停增加。

2水的性質

水在常溫常壓下為無色無味的透明液體。在自然界，純水是非常罕見的，水通常多是酸、堿、鹽等物質的溶液，習慣上仍然把這種水溶液稱為水。純水可以用鉑或石英器皿經過幾次蒸餾取得，當然，這也是相對意義上純水，不可能絕對沒有雜質。水是一種可以在液態、氣態和固態之間轉化的物質。固態的水稱為冰；氣態叫水蒸氣。水汽溫度高于374.2℃時，氣態水便不能通過加壓轉化為液態水。

在20℃時，水的熱導率為0.006J/s•cm•K，冰的熱導率為0.023J/s•cm•K，在雪的密度為0.1×103kg/m3時，雪的熱導率為0.00029J/s•cm•K。水的密度在3.98℃時最大，為1×103kg/m3，溫度高于3.98℃時，水的密度隨溫度升高而減小，在0～3.98℃時，水不服從熱脹冷縮的規律，密度隨溫度的升高而增加。水在0℃時，密度為0.99987×103kg/m3，冰在0℃時，密度為0.9167×103kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

水的熱穩定性很強，水蒸氣加熱到2000K以上，也只有極少量離解為氫和氧，但水在通電的條件下會離解為氫氣和水。具有很大的內聚力和表面張力，除汞以外，水的表面張力最大，并能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。純水有極微弱的導電能力，但普通的水含有少量電解質而有導電能力。

水本身也是良好的溶劑，大部分無機化合物可溶于水，在-213.16℃，水分子會表現出現厭水性。

3水對地理的影響

地球表面有71%被水覆蓋，從空中來看，地球是個藍色的星球。水侵蝕巖石土壤，沖淤河道，搬運泥沙，營造平原，改變地表形態。

地球表層水體構成了水圈，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川、積雪、地下水和大氣中的水。由于注入海洋的水帶有一定的鹽分，加上常年的積累和蒸發作用，海和大洋里的水都是咸水，不能被直接飲用。某些湖泊的水也是含鹽水。世界上最大的水體是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。歐亞大陸上的里海是最大的咸水湖。

地球上水的體積大約有1360000000立方公里

海洋占了的1320000000立方公里(或97.2%)。

冰川和冰蓋占了25000000立方公里(或1.8%)。

地下水占了13000000立方公里(或者0.9%)。

湖泊，內陸海，和河里的淡水占了250000立方公里(或0.02%)。

大氣中的水蒸氣在任何已知的時候都占了13000立方公里(或0.001%)。

4水的種類

不同的學科對水有著一些不同的稱呼：

根據水質的不同，可以分為：軟水：硬度低于8度的水為軟水。硬水：硬度高于8度的水為硬水。硬水會影響洗滌劑的效果，硬水加熱會有較多的水垢。

飲用水根據氯化鈉的含量，可以分為：淡水和咸水。

此外還有：生物水：在各種生命體系中存在的不同狀態的水。

天然水：

土壤水：貯存于土壤內的水

地下水：貯存于地下的水

超純水：純度極高的水，多用于集成電路工業

結晶水：又稱水合水。在結晶物質中，以化學鍵力與離子或分子相結合的、數量一定的水分子。

重水的化學分子式為D2O，每個重水分子由兩個氘原子和一個氧原子構成。重水在天然水中占不到萬分之二，通過電解水得到的重水比黃金還昂貴。重水可以用來做原子反應堆的減速劑和載熱劑。

超重水的化學分子式為T2O，每個重水分子由兩個氚原子和一個氧原子構成。超重水在天然水中極其稀少，其比例不到十億分之一。超重水的制取成本比重水還要高上萬倍。

氘化水的化學分子式為HDO，每個分子中含一個氫原子、一個氘原子和一個氧原子。用途不大。

因為硬度和含鹽量可以表征水受礦物質污染的程度，因此一般按照這兩個指標對水進行分類。

1）按硬度的大小可以將天然水分為極軟水、軟水、中等硬度水、硬水和極硬水五類。劃分標準為硬度在1.0mmo/L以下的為極軟水，在1.0mmo/L~3.0mmo/L之間的為軟水，在3.0mmo/L~6.0mmo/L的為中等硬度水，在6.0mmo/L~9.0mmo/L的為硬水，大于9.0mmo/L的則為極硬水。

2）按含鹽量的高低可以分為低含鹽量水、中等含鹽量水、較高含鹽量水和高含鹽量水四類。劃分標準為含鹽量小于200mg/L的為低含鹽量水、含鹽量在200mg/L~500mg/L之間的為中等含鹽量水，含鹽量在500mg/L~1000mg/L之間的為較高含鹽量水，含鹽量大于1000mg/L的為高含鹽量水。

5地下水的分布

地下水按照深度劃分，可分為表層地下水、層間水和深層地下水。表層地下水主要包括土壤水和潛水，是地層中不透水層以上的地下水。這部分地下水與外界環境的聯系比較多；層間水是在不透水層以下的中層地下水，是由于降水和地表水經過長途滲流進入地下而形成的水層，通常稱為地下水。深層地下水基本與外界隔絕，工業上一般不進行開采。在礦井、油田開采出的水，就屬于深層水。

因為層間地下水經過了深層過濾，而且貯存環境穩定，因此，其水質一般變化不大，其水質主要與地下的地質條件有關。總體來說，層間地下水有以下特征：水質穩定，透明，幾乎沒有懸浮物、有機物和細菌。由于地下水長期與石灰石、石膏、白云石、菱鎂礦、硅酸鹽和硅鋁酸鹽等礦物質接觸，所以大量的Ca2+、Mg2+、Na+、Si等元素溶入水中，各種鹽類、膠體硅、鐵、CO2等含量一般比地表水高。大部分地下水的含鹽量在100mg/L~5000mg/L之間。即文獻介紹，某地井水的含鹽量甚至高達167mmol/L。

天然水中的雜質種類很多，但在一般情況下，都是十幾種元素所組成的一些常見各類化合物；只有少量的雜質以單質或者其它更為復雜的化合物形態存在于水中。雜質在水中有各種存在形態，因為同一分散體系的雜質其處理工藝往往相同，所以在水處理中常用雜質的分散體系對雜質進行分類。分散體系是以雜質顆粒大小為基礎建立的，按照雜質的顆粒半徑由大到小將雜質分為懸浮物、膠體和溶解物質三部分。

6與水相關的化學反應

水的電離與溶液pH值

水是一種極弱的電解質，它能微弱地電離:H2O+H2O↔H3O++OH-通常H3O+簡寫為H+

水的離子積Kw=[H+][OH-]

25度時，Kw=1×10-14

pH=－log10([H+])

pH<7，溶液為酸性，pH=7，溶液為中性，pH>7，溶液為堿性。

能溶于水的酸性氧化物或堿性氧化物都能與水反應，生成相應的含氧酸或堿。酸和堿發生中和反應生成鹽和水。水在電流的作用下能夠分解成氫氣和氧氣。堿金屬和水接觸會發生燃燒。

在催化劑的作用下，無機物和有機物能夠與水進行水解反應：

有機物的水解：有機物分子中的某種原子或原子團被水分子的氫原子或羥基(-OH)代換，例如乙酸甲酯的水解：

無機物的水解：通常是鹽的水解，例如弱酸鹽乙酸鈉與水中的H+結合成弱酸，使溶液呈堿性：

此外，水本身也可以作為催化劑。

水中的主要溶解物質包括無機鹽和氣體兩類。

無機鹽溶于水后會發生電離而形成離子態的雜質，包括陽離子和陰離子。常見的陽離子有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Al3+等，陰離子有Cl-、F-等。

常見的氣體雜質包括O2、CO2、H2S、SO2、NH3等。

天然水中主要的離子來源于水流經的地層、土壤等溶解的某些礦物質，如石灰石、石膏（鈣離子、碳酸根、硫酸根離子來源之一），白云石、菱鎂礦（是鎂離子的主要來源之一）；還有某些鈉鹽礦、鉀鹽礦（是鈉離子、鉀離子的主要來源）以及土壤中富含的鋁化合物和硅化合物（是鋁和硅的主要來源之一）。

在天然水中，特別是低含鹽量的淡水中，含量最大的常常是碳酸鹽。碳酸是由二氧化碳與水化合生成的，碳酸的電離平衡是天然中最重要的平衡之一。

地表水的CO2主要來自水體或者泥土中所含有機物的分解和氧化。因為土壤中存在著有機物（生物）的呼吸作用，所以土壤水中的CO2濃度要比大氣中的濃度高出幾百倍。地下水中的二氧化碳主要來源于地層深處碳酸鹽類進行的化學反應，典型的化學反應式是：Ca(HCO3)2=Ca2++2CO2↑+2H2O

水中的二氧化碳來自大氣的溶解是錯誤的，因為大氣中CO2的體積分率只有0.03%~0.04%，在水中的溶解度僅為0.5mg/L~1mg/L。而天然水中的CO2含量一般是幾十到幾百mg/L，因此，水中的CO2不可能來自大氣的溶解，相反水中過飽和的CO2會釋放到大氣中。二氧化碳溶于水后形成碳酸，碳酸是二元酸，在水中可以形成兩種酸根，碳酸在水中有以下形式：

1）溶于水的二氧化碳分子；通常寫作CO2(aq)；

2）碳酸分子；即H2CO3

3）碳酸氫根；

4）碳酸根；

6工業純水的純度：

各種方法所的精制水的電導率及電阻率（25℃）

精制方法--電導率（μs/cm）--電阻率Ω.cm

普通蒸餾水--10μs/cm--100000Ω.cm(0.1MΩ)

玻璃容器一次蒸餾--2μs/cm--500000Ω.cm(0.5MΩ)

玻璃容器三次蒸餾--1μs/cm--1000000Ω.cm(1MΩ)

石英容器三次蒸餾--0.5μs/cm--2000000Ω.cm(2MΩ)

石英容器二十八次蒸餾--0.063μs/cm--16000000Ω.cm(16MΩ)

各種純水電導率（25℃）

水質比較--電導率（μs/cm）--所對應的含鹽量mg/l

純水--≤10μs/cm--2--5mg/l

非常純水--≤1μs/cm--0.2-0.5mg/l

高（超）純水--≤0.1μs/cm--0.01-0.02mg/l

理論純水--≤0.0546μs/cm--0.00mg/l