如果你要扑灭一场火，会冒着风险用化学元素周期表里最易燃的两种元素组成的化合物去扑灭它，还是直接用最普通的自来水呢？
这是一个刁钻的问题——因为水正是这样的一种物质。我们都知道氧和氢是最易反应的元素。而且正因为氢有着巨大的能源潜力，氢气是我们未来燃料的最好选择。而氧气则是绝对是最佳助燃剂，甚至我们体内的细胞也需要它来帮助提供能量。空气中的含氧量大概为21%，氧气的浓度一旦被提高，哪怕只是几个百分点，连阻燃泡沫都会烧得像被油泼过似的。如此强大的与任何燃料都能结合的能力使得氧气具备强大的助燃作用，无论是多复杂的生物体都能被其驱动。
但是当这两种元素在一起的时候，他们就成为了消防员的好帮手，这实在是让人大吃一惊。化学家将这些超乎人的意料的特性称为“水的不规则性”，今天我们就来探索一下这种液体的奇妙特性。
首先， 室温下的水不应该是液体。
当我们谈到液体是什么的时候，水总会被当做一个典型的例子。但从化学角度讲，它应该是一种气体。水的摩尔质量约为18克/摩尔，在室温下是液体。但是硫化氢（与水拥有相似的结构）和氨气（与水拥有相似的摩尔质量）在同一温度范围内却是气体。甚至连摩尔质量约为29克/摩尔的比水重的空气都被完完全全地叫做气体。
这种现象之所以会出现，是因为水分子真的很喜欢粘在一起。水的H-O-H氢键结构意味着他们已经高度极化，即氢原子形成正极，氧原子形成负极。当它们自由运动时，水分子就会因为相反电荷互相吸引而连接在一起，形成我们所熟知的氢键。为了更清楚地认识氢键的作用，我们必须去了解一下氢键的摩尔质量和密度。
摩尔质量基本上告诉了我们具备一定数量分子的物质有多重，密度告诉我们一定体积的物质有多重其，由此我们可以知道给定空间内有多少分子。氨气的密度是0.73千克/立方米，硫化氢的密度是1.36千克/立方米，而水的密度则是惊人的1,000千克/立方米——从这里我们就能看出氢键要用多大的作用力才能使水分子之间连结在一起。水的密度这么大，分子肯定是紧密连结的，紧密连结的分子自由活动的空间小，这个本应是气体的物质就变成了我们人人皆知、人见人爱的液体了。
分子高度的内聚力使得水具有较高的凝固点和熔点，因而它才能形成我们熟知和喜爱的大海。
其次，水的密度在其成为固体的时候比液体状态下小。固态水比液态水的密度小。
当一种物质从气态变成液态再变成固态的时候，它的分子逐渐地聚集在一起——这就是为什么同样数量的物质液态时所占空间大，固态时所占空间小，甚至比气态的所占空间还小。但是在这一点上水又不按常理出牌了，如果你有看过冰山的图片，你就会知道固态水——冰比液态水的密度更小，所以冰能够浮在水上。
造成这种现象的同样是氢分子。水的凝固点是0摄氏度，但其密度在4摄氏度的时候达到最大，随后水分子在冻结的过程中逐渐分开。在液体状态下，每个水分子在氢键作用下与其他大约3.4个水分子连结，在冻结状态下，水结晶成为刚性晶格使得每1个水分子与其他4个分子连结。这样的特性使得其物质本身更坚固，却会占用更多空间，形成间隔（自由空间）从而增加了体积，并导致冰的密度大幅下降。
水这样的特性让很多水管在冬天的时候爆裂，却也因此创造了生命的奇迹。试想想湖面冻结成冰的画面。如果水像其他所有物质一样遵循热胀冷缩定律的话，冰的密度就会比水的密度大，湖水就会从下到上全部结冰。这样的话，不仅仅是溜冰变得不好玩，而且还会害死在湖里生活的动植物。现实的情况是这样的：4摄氏度的湖水下沉至湖底，底部最冷的湖水对流至湖面结冰，所以鱼类可以生活在一个（对于它们来说）舒适的环境中，湖面上的天然屏障又能在寒冷的天气中为它们保暖。考虑到地球上的大部分生命起源于海洋中，我们真的应该非常感恩造物主赋予水的这种奇妙特性。
第三，当水成为气体的时候会快速扩散，气态水扩散得极快
前面我们已经谈到水的摩尔质量不高却拥有惊人的液体密度，这就意味着当其从液态变为气态时体积变化会非常大，已知的最高记录是体积增加了1603.6倍，事实上，这是除金属外最高的液气变化体积差，几乎是一些特殊气体的液气变化体积差的两倍（氧气从液态转变为气态时，体积只增加了804倍）。
当水加热的时候，热能促使分子分开，抵消了氢键的作用，这就解释了为什么发电厂给涡轮机灌的是开水而不是酒精，即使酒精的沸点更高。另外，水在蒸发时体积的巨大变化让细水雾在加热状态下膨胀为水蒸气，阻隔了氧气，从而使得水达到灭火的目的。
表面之下
要不是这些奇特之处，水就再也不是伟大的水了。关于水还有很多可以说的，比如它如何覆盖地球的大部分表面、如何塑造地形地貌、如何成为地球上一切生命机体的组成物质、如何避免地球过热等等，这篇文章只是揭露了水的冰山一角。不过我觉得，像水这么简单常见的东西都有那么多看也看不出、想也想不到的奥秘，实在是太不可思议了。
蝌蚪五线谱编译自zmescience，译者 April，转载须授权
