王水、重水、强水和普通纯净水的区别是什么?各自的特点和性质分别是怎样的?
高中 来源:网络 编辑:小蜜蜂 2019-08-08 16:27:08

  在高中的化学学习中,我们会接触到一种酸性强的强酸物质被称为“王水”,他可以溶解的金属物质,但是对于塑料制品却无能为力,因此在做实验的时候都会佩戴橡胶的手套,而且盛装的容器也是塑料材质的,今天小编给大家除了介绍王水的性质之外,还有重水、强水和普通纯净水的区别,大家一起来看看他们的本质的区别是什么,以及他们各自的性质。

王水、重水、强水和普通纯净水的区别是什么?各自的特点和性质分别是怎样的?

  纯净水和重水都是水,但重水能让实验动物死亡,不能大量饮用。至于强水和王水的关键成分是酸,并不是水。

  纯净水

  至于纯净水则是足够纯净的水,当然对纯净水的纯净度设定了三大类指标,只有满足这些指标,才是合法合规的纯净水,这些指标除了依靠人的视觉嗅觉和味觉外,还得通过其他仪器的检验,才能得到确定。至于强水和王水不是水,而是强酸,称为XX水只是俗称而已,就像神仙水不是水,而是某种毒品的代称。

  商业上销售的纯净水主要是指杂质含量少的水,把普通自来水进行过滤吸附等一系列操作后,得到符合GB17324-2003瓶(桶)装饮用纯净水卫生标准后的水,就能作为纯净水销售了。纯净水要满足以下指标:

  1、感官指标

  无色无味无肉眼可见的沉淀物等

  2、理化指标

  此项指标规定了纯净水的PH值介于5~7之间,电导率低,其它有害杂质含量低于标准,具体规定见下表。

  3、微生物指标

  不能检出致病菌,至于较常见的大肠杆菌要求每100ml水中不得多于3个。

  满足上述三大指标就可以宣称自己是合法合规的纯净水了。

  重水

  重水存在于普通水之中,但人类为了各种目的,比如制造核武器或做核磁共振实验需要,特地将重水从普通水中分离了出来。有重水就有轻水,自然界中的水,绝大多数都是轻水,只有极少数水是重水,占比约0.02%。它们之所以被称为重水是因为,重水的密度的确比轻水稍微大一些。

  重水 相对分子质量20.0275 密度1.105g/cm3 熔点摄氏3.82度 沸点 摄氏101.4度

  轻水 相对分子质量18.0153 密度1.00g/cm3 熔点摄氏0.00度 沸点 摄氏100度

  既然都是水,为何还有这样的差异呢?这就涉及到物理化学上的一个重要概念——同位素。

  这是因为在化学上,决定原子化学性质的主要因素是原子中所含有的质子和电子数量,由于电子可以比较方便地增加或减少,但质子的数量在化学反应中保持恒定不变,因此含有相同质子数量的原子,就被视为同类原子,得到一个化学上的名字,并放在元素周期表上的某个位置。

  但原子并非仅仅由质子和电子组成,大多数原子还含有中子,只不过在质子数量相同的情况下,中子数量的变化通常对化学反应并没有太大影响,因此这些原子在化学家眼中都被归为同类的原子,放在元素周期表中的同一个位置上,由此得到了一个新名词——同位素。依据同位素的稳定性,又可以将它们分为稳定同位素和不稳定的具有放射性的同位素,大自然主要是由稳定同位素组成的,因为地球的历史已经长达46亿年,不稳定的同位素大多已经衰变为稳定同位素了。但依然还剩下了不少放射性同位素 ,比如能让人患上肺癌的放射性氡气,以及的放射性镭元素和放射性铀元素等。

  这三种氢原子,又可细分为氢(氢1)氘(氢2)氚(氢3),它们差异体现在中子的含量上,分别含有0,1,2个中子,但它们都可以统称为氢原子,都能和氧原子发生化学反应生成水,但这些水在物理性质上有细微差异,在化学性质上也并非完全一样。因此有了重水和轻水之别。氢和氘是稳定同位素,至于含有两个中子的氚则不够稳定,它的半衰期为12.43年,即每过12.43年,氚的原子数量就会减少一半,它会衰变为氦3,实现元素大变身。如此之短的衰变时间,让自然界中天然氚的含量可以忽略不计,它需要通过人工核试验制备,主要用途是用于制造氢弹,在未来也可用于可控核聚变发电。

  举一反三的人会问,除了氢有同位素之外,氧是否也存在同位素呢,这是个好问题,氧的确也存在同位素,自然界中的氧有两种稳定同位素,一是较常见的氧16(99.76%),另一种则是不太常见的氧18(0.024%)。

  但氧18与氧16和氢原子形成的水,通常不被特地区别,因为它对人类的生产生活用处不大。

  但理论上说,由于氢和氧都分别有两种稳定同位素,因此我们一般说的水,也就有了六种组合,因为水是由两个氢和一个氧结合而成的,但两个氢不存在顺序问题,所以只是组合不是排列:

  如果按分子量大小为顺序

  1、氢1氢1氧16(含量较高)

  2、氢1氢2氧16

  3、氢2氢2氧16(通常说的重水)

  4、氢1氢1氧18

  5、氢1氢2氧18

  6、氢2氢2氧18(含量较低)

  重水对生物的毒性

  由于水参与了太多的生命历程,因此水分子性质的细微改变,也很容易影响到生命历程,并不足为奇,在发现重水之后,生物学家就用重水做了许多实验,发现重水能影响到从细菌到动植物的一系列生命形态。

  比如,重水能抑制大多数细菌的生长,也可以抑制多种植物的种子发芽,如果动植物体内的重水含量达到50%,它们大多就会死亡。如果小鼠、大鼠和狗的体内含有25%的重水,那就会导致性的不育,即便用轻水代替这部分重水,也无法挽回生育功能。而鱼或蝌蚪如果养在90%的重水环境中,它们将迅速死亡。不过,别担心有人用重水进行谋杀,首先高浓度重水价格不菲,同时需要连续一周大量饮用重水,才可能把身体内的水大量置换出来。

  重水替换普通水后,导致生物死亡的具体原因并不清楚,也缺乏后续研究。只能泛泛的说,因为水参与了太多维持生命所需要的各种化学反应,重水的氢原子比轻水的氢原子多了一个中子,这会导致许多微妙的差异,因为氢原子实在太小了。相比而言,如果用氧18代替氧16形成的水分子就可能不会对生命产生严重影响,当然这只是推测,没人去做过相关的实验,毕竟氧18也罕见得很。

  强水和王水是民间俗称,它们的关键成分不是水而是酸。

  强水是浓硝酸,具有很强的酸性,俗称为强水或硝强水。至于王水则是浓盐酸和浓硝酸的混合物,它的腐蚀性曾被认为是较强的,连普通的强酸都不能溶的黄金也可以被王水腐蚀,这是它被称为王水的原因。

  王水的溶金能力在科学还有一个佳话,那就是用王水溶解诺贝尔奖章骗过纳粹士兵的故事。

  获得1914年和1925年诺贝尔物理学奖的两位物理学家劳厄和弗兰克,在逃亡时不便随身携带他们的奖章,因为德国纳粹政府要没收他们的诺贝尔奖牌,于是他们辗转来到丹麦,请求物理学家波尔帮忙保存其诺奖奖章。但不幸的是,1940年,纳粹德国占领了丹麦。

  这时和玻尔同在一个实验室工作的瑞典化学家赫维西(就是上文中喝重水那位郝维西)帮波尔想了个绝妙的主意,将替人保管的诺贝尔奖章溶入到“王水”中,玻尔将这瓶溶液就堂而皇之的放在实验室架子上,而前来搜查的纳粹士兵也没有发现这瓶溶液的秘密。

  二战结束后,溶液瓶被送到斯德哥尔摩,诺奖委员会,重新将黄金从溶液中取出,并按照当年的模子重新铸造出两枚奖章,并在1949年,交还给两位大难不死的物理学家,当时物理学家弗兰克已经逃难到了美国芝加哥,而芝加哥市还为他举行了一个隆重的奖牌归还仪式呢。

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