地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在，在常温条件下三相可以互相转化。
（一）水分子的结构
每个水分子（H2O）都是由一个氧原子和二个氢原子组成。水分子的键成等腰三角形。由于氧原子对电子的吸引力比氢原子大得多，所以在水分子内部，电子就比较靠近氧原子。这样，电子就有在氧原子周围相对集中的趋势，形成较浓厚的电子云，掩盖了原子核的正电核。所以，在氧原子一端显示出较强的负电荷作用，形成负极；相反，在氢原子周围，电子云相对稀薄，于是显示出原子核的正电核作用，形成正极，使水分子具有极性结构。
由于水分子具有极性，在自然界，水不完全是单水分子H2O，而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水分子（H2O）、双水分子（H2O）、三水分子（H2O）
（二）水的三态及其转化
在一个标准大气压下，纯水0℃为冰点，100℃为沸点。0℃以下为固体，0—100℃为液体，100℃以上为气体。但在地球上的常温条件下，水的三态（气态、液态、固态）可以相互转化。
1.水的三态与水温随着水温的变化，三态水分子的聚合体也在不断的变化。从表1－1可见：
1）随着水温的升高，水分子聚合体不断地减少，而单水分子不断地增多。当温度高于100℃呈气态时，水主要由单水分子组成。
2）随着温度的降低，水分子聚合体不断增多，单水分子不断减少。水温达到0℃结冰时，单水分子为零，而强力缔合结构的三水分子增多，因三水分子结构特性，使液态水变成固态冰时，体积膨胀10％，若冰变成液态水时，体积减小10％。
3）水温在3.98℃时，结合紧密的二水分子最多，所以此时水的密度最大，比重为1。
2.固态水（冰）的结构气体水分子能凝聚成液态水和固态水（冰），主要是氢键起着强烈的缔合作用。在冰晶中，氧原子和氢原子的排列是很有规则的，其结构是每个氧原子通过氢键，按四面体取向，与另外四个氧原子连结，呈现六方晶系的冰。正是由于冰晶内每个氧原子通过氢键以等键距与另外四个氧原子相连结，在冰晶中的水分子则具有水蒸气到凝聚态的冰，氢键为凝聚力的主要方面，为了尽可能生成较强和较多的氢键，原来水分子中的O—H键必须拉伸。由此带来的后果是，水分子必须按空间利用率颇低的四面体形态堆积，故冰的晶体是一个十分敞开的结构，其密度较低。
冰晶中的内在矛盾主要表现为氢键的凝聚力和氢核的振动、水分子的热运动，前者为吸引 因素，后二者为排斥因素。
3.液态水结构的主要理论模型从冰转化为液态水，体现了物质内在矛盾相互依存的形式随着条件的改变而变化，即同一性的转化。当温度升高至0℃以上时，条件改变了，原来与吸引因素共居于冰晶统一体中的微不足道的排斥因素，即氢原子振动和水分子的热运动，便从劣势转为优势，运动的结果使氢键部分断裂。于是，冰晶的有规则的固体结构崩溃，并熔化为液态水。水分子的半径在冰熔解时，也有微小的变化。
液态水的结构问题，吸引了世界上许多科学家注意。近半个世纪以来，不断有新理论提出，并获得迅速发展，至今这一研究领域仍较活跃。已提出的液态水结构的理论模型，大体上可分为两大类，即连体理论和混合体理论。二者都是以液态水如何偏离固态水结构这一前提为出发点的。上述理论都在不同程度上忽略了液态物质在结构上有很大任意性这一特点。液态水的“闪动簇团”模型，则可弥补这一严重的疏忽。
“闪动簇团”模型，是把液态水看成以氢键结合的水分子的闪动簇团，在略为“自由”的水中游泳的一种液态体系；这些簇团的尺寸是比较小的，且处于不断地转化或“闪动”的状态；所谓“闪动”，就是说这些小簇团本身是非常动荡的，意即这里的氢键缔合解开了，而另一处缔合又立即完成，簇团与非簇团的水分子之间，也是处在连续地相互渗透、相互转化之中，因而整个液体是均匀的，并可保持在一种稳定的流通状态之中。
总之，液态水是一个极度复杂的凝聚相体系，它既包含有水分子的缔合体即簇团，又包含着水分子的微粒，此二者在液态温度0—100℃的条件下共居、共存，且处于连续的转化“闪动”之中。这就是液态水之内存在着的矛盾同一性。“闪动簇团”理论模型较其它理论模型，能更好的概括液体水的特异结构性能，但这种理论在较长时间内多处于定性阶段，现借助于统计力学，其定量化研究也开始进行，并获得迅速发展。
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