2.3 液态物质与液晶现象
在接下来的内容中，我们将深入探讨液体的相关特性及其表现形式
2.3.1 水的特殊性质及其广泛应用
在所有液体中，水占据着至关重要的地位
2.3.1.1 水分子的极性特征
让我们探究为什么甲烷分子呈现非极性特性，而水分子则是典型的极性分子
从分子结构示意图可以清晰地看到，左侧的甲烷分子，其键角为109°28’，其正电荷中心（由5个原子核构成并带有正电荷）与负电荷中心（原子核周围的电子云）完全重合，因此属于非极性分子。而水分子则不同，其两对孤对电子（参考配合物章节的定义）相较于甲烷分子的电子更靠近中心原子，由于电子本身带负电且相互排斥，导致成键电子受到挤压，使得其键角小于109°28’，具体数值为104°31’。这种结构导致水分子的正电荷中心与负电荷中心不再重合，从而成为极性分子。
水分子采用球棍模型表示，其键角数值具有特殊意义。需要特别说明的是，角度单位采用六十进制，即0.5°等于30′
思考点：氨气分子的键角应该是多少？是大于109°28’？小于104°31’？还是介于两者之间呢？
水的密度随温度变化呈现规律性变化，在4℃时达到最大值，常规实验测得的数值通常在0.98至1.00g/cm³之间
纯净水作为不良导体，在纯净状态下，水中仅含有极少量氢离子和氢氧根离子，导致其导电性能较差。然而，当水中溶解少量电解质（例如杂质）时，其导电性能将显著增强
2.3.1.2 氢键的独特化学作用
氢键：当电负性较强的原子X与氢原子形成共价键X-H时，电子云会明显偏向X原子，使得氢原子几乎成为不带电子的裸露质子（半径极小且带有部分正电荷），其轨道仍能与另一个电负性强的原子Y产生静电吸引力，这种相互作用被称为氢键
X、Y均为电负性较高的原子（可以是同种元素的原子），并且必须具备未成键的孤对电子，例如氟（F）、氧（O）、氮（N）等元素
在X—H键中，由于键极性非常强，共用电子对或电子云强烈偏向X原子，使得氢原子几乎成为裸露的质子，极易与其他Y原子的孤对电子云产生吸引力而形成相互作用
氢键的表达方式，部分教材也会采用“—”符号代替“···”表示
氢键的特点及其强度分析
2.3.1.3 水的离子积概念
氢键的存在，使得水分子形成团簇状结构，水分子之间相互缔合，这种缔合程度受温度影响显著，温度越高，缔合作用越弱
水的离子积定义：
水的离子积与温度密切相关
水的离子积是指水中氢离子浓度与氢氧根离子浓度的乘积，表中的cϴ代表标准浓度，其数值为1mol/L，氢离子浓度与氢氧根离子浓度的单位同样是mol/L。因此，离子积本质上是一个数值，不具备单位属性
水的离子积与温度存在关联性，即使改变水的酸碱性使其成为某种溶液，只要温度保持不变，其离子积的数值也不会发生变化。例如，在25℃条件下，某酸性溶液中氢离子浓度为1*10-2（10的-2次方），那么其氢氧根离子浓度必然为1*10-12（10的-12次方），两者乘积保持恒定
2.3.1.4 水的其他重要性质
饱和蒸气压：指液体蒸发速率与凝固速率达到动态平衡时的气态压力
沸点：指液体蒸气压与外界压力相等时的温度状态
凝固点：指液体蒸气压与固体蒸气压相等时的温度状态
汽化热：表示单位量的液体完全气化所需吸收的热量
三相点：指固、液、气三相达到平衡共存的状态点（水的三相点为0.01℃，611Pa）
摩尔热容：表示单位摩尔物质温度升高一度所需吸收的能量，水的数值为75.4J•mol-1•K-1=4.19J•g-1•K-1
需要特别说明的是，关于熔沸点的定义，与中学阶段的理解存在差异
下一部分内容将介绍酸碱性及其pH值的计算方法