1. 奇妙的水
有一種物質，它能以氣態、液態和固態三種形態，普遍存在於大自然當中。地球上幾乎沒有其他物質能做到這一點。而正因為它“三態共存”的特點，生命才從微小顫動的細胞分裂繁衍，走向爆炸般的繁榮。科學家在實驗室裏證明，大部分物質的固態都比液態要重。而這種奇特的物質，其固態密度反而小於液態密度。它無色無味，透明晶瑩；它循環往複，孕育生命有如魔法。它在這顆星球上無處不在，空氣中、地表、地下，包括每個生命、每個人的身體中。
這種奇妙的物質就是水。
1.1 普通而奇特的水
水在人們的衣、食、住、行中普遍存在。自然界中，也以江、河、湖、雲、雨、冰、雪等多種形態共存。水無處不在，看似十分普通，但是，隨著人們對水的認識的不斷加深，就會發現，水其實是一種既普通又奇特的物質。
1.1.1 水的自然屬性
水，化學分子式為H2O。在常溫常壓下，水為無色無味的透明液體，它有液態、氣態和固態三種形態，固態的水稱為冰，氣態的水叫水蒸氣。
水的最小單位是水分子，1000萬個水分子依次緊密排列好，剛剛有4毫米長，相當於一粒綠豆大小。在20℃、1個標準大氣壓下，1立方厘米純水的質量是1克。10.33米的水深產生一個標準大氣壓。
溫度和氣壓決定了水的沸點和凝固點。1個標準大氣壓下，水在100℃沸騰，在0℃凝固。但在海拔1000米，熱水的沸點是97℃，在海拔8848米的珠穆朗瑪峰上，水在72℃就可以沸騰。所以，在高原燒飯，要想把食物煮熟，就必須使用高壓鍋。
不含任何雜質的水稱為純水。在自然界，純水是非常少見的，常見的水通常是酸、堿、鹽等物質的溶液。
1.1.2 特別的水
水有很多不同於其他物質的特性。
在4℃時，水的密度最大。這意味著冰的密度小於液態水的密度，冰會浮在水麵。但在自然界，一般物質的固態密度都大於其液態的密度。結冰始於水的表麵，冰浮在水麵，才保證了水中生物有必要的生活空間。並且，如果冰的密度大於液態水的密度，兩極的巨大冰川將會全部沉入海底，全球海平麵將會升高。屆時，大部分陸地都將被海水淹沒。
水的比熱和氣化熱在液體中是最高的。水的熱容達4.18J/g·K,是同等體積空氣熱容的3500倍。水溫升高，要吸收熱量；水溫降低，會放出熱量。高的比熱和氣化熱意味著它溶化或氣化時所吸收的熱量更多，當然其冷凝或凝結時釋放的熱量也越多。
水的高熱容性會使其受熱時緩慢升溫，不受熱時緩慢降溫，這讓水成了天然的“空調”，使地球成為適宜人類居住的星球。
水具有強大的內聚力和表麵張力。除汞以外，水的表麵張力最大，並能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。水的表麵就像有一張網，浮遊生物得以在水麵自由滑行。此外，水對一般固體表麵的附著力也較大。在附著力和表麵張力的共同作用下，水能自動沿毛細管上升，稱為水的毛細現象。如果沒有這些，植物很難從根部
將水輸送到枝葉，人類血液輸送也需要更大能量。
固態水有強度，液態水沒有強度；但“水滴石穿”並非傳說。超高壓下的水能切割岩石，甚至金屬。高壓水切割又稱水刀和水射流，它是將普通的水經過多級增壓後所產生的高能量水流，再通過極細的噴嘴，以每秒近千米的速度噴射切割。其優於火焰、等離子、激光、電火花等加工技術，不會產生有毒氣體或液體，不會產生熱應力，是真正的多功能、高效率、冷切割加工。
純水有極微弱的導電能力，但普通的水因含有少量電解質而有導電能力。水也是良好的溶劑，大部分無機化合物均可溶解於水。
1.1.3 水與生命
水,孕育和維持著地球上的全部生命。以人類自身來說，水是構成人體的重要成分,血液中含水量約達90%以上,我們進食後,吞咽、消化、運送養分，以至排泄廢物,各個環節都需要水的幫助才能順利進行。水是生命之源,“人可以三天不吃飯,但不可以三日不進水”,這些簡單道理都顯示了水的重要性。
水還是社會經濟發展和日常生活不可缺少、不可替代的重要資源和環境要素。