哈工大环境化学考研重点自整理极力推荐.docx
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哈工大环境化学考研重点自整理极力推荐
哈工大环境化学考研重点自整理
1.地球的外圈是一层空气，这层空气即称为大气圈，根据大气的温度、成分、其他物理性质可将大气分为几个层次：
（对流）层、（平流）层、中间层、（热）层和逸散层。
2.按污染物的性质：
环境污染物可分为（化学）污染物、（物理）污染物和（生物）污染物。
3.植物中毒：
植物体内存在着（金属结合蛋白（或类金属硫蛋白）），其作用是与进入植物细胞内的重金属结合，使其以（不具生物活性的无毒的螯合物）形式存在，降低金属离子的活性，从而减轻或解除其毒害作用。
当（重金属含量超过金属结合蛋白的最大束缚能力）时，出现植物中毒现象。
（书上有定义，在后面的生物部分）
4.污染物的生物富集，污染物的生物转化（定义）
生物通过非吞食方式，从周围环境（水，土壤，大气）蓄积某种元素或难降解的物质污染时期在肌体内浓度超过周围环境的现象。
物质在生物作用下所经受的化学变化称为生物转化
5.大气垂直递减率
大气垂直递减率：
随高度升高气温的降低率。
表征大气的温度层结。
式中 T――绝对温度，K；
z――高度。
在对流层中，dT/dz＜0，且Γ＝0.6K/100m，即每升高100m，温度降低0.6℃。
6.自养生物，生产者，异养生物
Ø自养生物：
利用太阳能或化学能量把简单无生命的无机物元素引进其复杂的生命分子中即组成生命体。
如藻类:
CO2、NO3-、PO43-为C、N、P源。
Ø生产者：
利用太阳光能从无机矿物合成有机物的生物体。
Ø异养生物：
利用自养生物产生的有机物作为能源及合成出自身生命的原始物质
7.天然水中的碱度和酸度（酸度碱度总酸度总碱度都要掌握）
碱度（Alkalinity）：
水中能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受质子H+的物质总量。
水样总碱度的测定：
用一个强酸标准溶液滴定，用甲醛橙为指示剂。
当溶液由黄色变成橙红色（pH约4.3）甲醛橙碱度
酸度（Acidity）：
水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即放出H+或经过水解能产生H+的物质的总量。
以甲醛橙为指示剂，滴定到pH=4.3以酚酞为指示剂滴定到PH=8.3
8.水污染（关于水污染的定义很多，以美国EPA定义为主）
水体（包括：
降水、地面水、地下水）受到人类或自然因素或因子（物质或能量）的影响，使水的表观性状（色、嗅、味、浊），物理化学性能（温度、酸碱度、电导度、氧化还原电位、放射性），化学成分（无机、有机），生物组成（种类、数量、形态、品质）及底质状况等发生了恶化，称为水污染
9.优先污染物（定义）
随着工业技术的发展，目前世界上化学品销售已达7~8万种，且每年有1000~1600种新化学品进入市场。
除少数品种外，人们对进入环境中的绝大部分化学物质，特别是有毒有机化学物质在环境中的行为（光解、水解、微生物降解、挥发、生物富集、吸附、淋溶等）及其可能产生的潜在危害至今尚无所知或知之甚微。
然而，一次次严惩的有毒化学物质污染事件的发生，使人们的环境意识不断得到提高。
但是由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究的控制对象，称之为优先污染物。
10.标化分配系数（强调了标化）
有机物在沉淀物（或土壤）与水之间的分配，往往可用分配系数（Kp）表示：
式中：
分分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度
别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度
为了引起悬浮颗粒物的浓度，有机物在水与颗粒之间平衡时总浓度可表示为：
分别为有机毒物在沉积物中和水中的平衡浓度
水中有机物的浓度（cw）为：
cw=cT/（Kpcp+1）
标化的分配系数
K∝=kp/X∝
K∝——标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数；
X∝——沉积物中有机碳的质量分数。
11.环境化学的主要研究内容
●有害物质在环境介质中存在的浓度水平和形态；
●潜在有害物质的来源及其环境化学行为；
●有害物质对环境、生态系统以及人类产生的效应机制；
●有害物质已造成的影响及其缓解和消除；
●防止产生危害的方法和途径。
12.大气的重要性（书上说得不全面，以此为主）
Ø地球上一切生命赖以生存的气体环境；
Ø吸收来自太阳和宇宙空间的大部分高能宇宙射线和紫外辐射，是地球生命的保护伞；
Ø是地球维持热量平衡的基础，为生物生存创造适宜的温度环境。
13.辐射逆温的形成过程及消失
●是一种温度随高度增加而升高的反常现象。
●Γ＝0时，称为等温气层；Γ＜0时，称为逆温气层。
●逆温根据形成过程不同，可分为：
⇨近地面层的逆温：
辐射逆温、平流逆温、融雪逆温和地形逆温
⇨自由大气的逆温：
乱流逆温、下沉逆温和锋面逆温
●形成条件：
•由于热力条件而形成，由于地面的强烈辐射而冷却降温所形成，多发生在近地面层内，距地面100－150m高度。
•最可能发生在夜间的静止空气，即平静而晴朗的夜晚是最易形成辐射逆温。
•
14.光化学反应的初级过程和次级过程（超出了本书的内容，一定要看透旧书19页的那部分，有新书以新书相应部分内容为主，自由基一定要画*，否则那不叫自由基）
Ø光化学反应：
由一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子后所引发的反应。
Ø初级过程：
•引发：
A（分子）＋hυA*（激发态分子）
Ø次级过程：
•离解：
A*C+……
•与其他分子反应生成新的物种：
A*+BD+……
•与惰性inertia分子碰撞失活（返回基态）：
A*+MA+M
•发光而失活（返回基态）：
A*A＋hυ
•
15.酸雨的化学组成及酸雨的危害（在讲到这的时候他说一定要多答，并且还要答有用的，要把各种危害细化）我们是后考得课件，不知道他给的这是不是这么答就行，倒是你们可以问他，他还说给他发邮件她可能没时间回，但打电话它一定会回答，不会的就给他打电话。
他人真的挺好，呵呵
Ø使土壤贫瘠化leanness：
抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗eluviate与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素；
Ø损害农作物和林木生长：
使土壤变酸，伤害植物的新生芽叶，干扰光合作用photosynthesis，影响其发育生长；
Ø污染饮用水源：
使河流、湖泊等地表水酸化，使流域土壤和水体底泥中的金属（例如铝）可被溶解进入水中；
Ø危害渔业生产，毒害鱼类：
pH值小于4.8时鱼类消失；
Ø腐蚀建筑材料：
腐蚀建筑材料、腐蚀建筑物、金属结构、油漆、工厂设备和名胜showplace古迹ahistoricspot（site）等。
Ø危害人类健康、造成经济损失：
对于农业生产的危害，不仅是经济问题，还直接威胁13亿人口的吃饭问题。
16.富营养化的危害（深层次的答，可能这么答就行，当时他只说了冒号前边的内容）
Ø①促使湖泊老化；
Ø②破坏水产资源：
已阐明的赤潮生物毒素之一的房蛤毒素[C10H17N7O4]2+是一种神经毒素，家兔静脉注射至死剂量为3—4微克/公斤（体重），小鼠最低致死剂量为8—10微克/公斤（体重）。
在水中可使鱼类等水生动物中毒病变和死亡。
日本深受赤潮之害。
濑户内海1955年才发生五次，1956—1965年39次，1966—1970年35次，1971一年发生136次，1973年以后每年发生200—300次。
我国1977年8月在天津近海发生一次。
日本仅布磨滩1972年赤潮一次死鱼1428万尾，损失71亿日元；
Ø③危害水源：
硝酸盐、亚硝酸盐对人、畜有害。
尤其对婴儿、胎儿可导致变性血红蛋白增高，丧失输氧能力。
正常值为1—2%，高达10%时出现临床症状，达30—40%时出现缺氧症状，达50—70%时发生死亡。
另外，他们又是强致癌物亚硝胺的前身物，因此受到重视。
不少国家饮水卫生标准规定，硝酸盐氮、亚硝酸盐氮总计不得超过10mg/l。
17.天然水体具有缓冲能力的原因（这两个公式一定要记住，他当时强调了）
天然水体的pH值一般在6~9之间，而且对于某一水体，其pH值几乎保持不变，这表明天然水体具有一定的缓冲能力，是一个缓冲体系。
各种碳酸化合物是控制水体pH值的主要因素，并使水体具有缓冲作用。
对于碳酸水体系，当pH＜8.3时，可以只考虑一级碳酸平衡，故其pH值可由下式确定：
如果向水体投入△B量的碱性废水时，相应有△B量H2CO3*转化为HCO3-，水体pH升高为pH′，则：
18.水中污染物耗氧污染物（他说这是书上没有的，要重点看噢）
Ø致病污染物
Ø合成有机物
Ø植物营养物
Ø无机物及矿物质
Ø由土壤和岩石等冲刷下来的沉积物
Ø放射性物质
Ø热污染
19.生物放大作用：
（在这他有强调重点是水和气，土壤和生物只占十五分，意思好像是它强调的这些关于土壤和生物的都会考）
生物放大是指在同生物物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质使其在肌体内的浓度随营养级数增高而增大的现象。
20.土壤的阳离子交换吸附作用
土壤胶体一般多带负电，能吸附阳离子，其扩散层的阳离子可被土壤溶液的阳离子等当量交换出来，故称为阳离子交换吸附。
其交换反应如下：
21.美国多诺拉事件烟雾事件和比利时马斯河谷烟雾事件的共性和不同点（上网好好艘答案，这道题和39题伦敦烟雾那个会考一个，要答出重点，主要是什么污染）
污染源集中
逆温
大气稳定度高
SO2
地形不同
22.最大混合层高度的定义及应用意义
•对于一个静态平衡大气的流体元，有下式：
dP=-ρgdz
（1）
式中P——大气压；
ρ——大气密度；
g——重力加速度；
z——高度。
•
当气块受热受到浮力的作用而进行向上加速运动，则有：
（2）
式中dv/dt——气块加速度；
ρ＇——受热气块密度。
（1）式代入
（2）式中，且由理想气体状态方程，并考虑压力相等，则：
•受热后气块会产生速度不断上升，直到T＇与T相等为止，此时气块与周围达到中性平衡，此时的高度定义为对流混合层上限，或称最大混合层高度。
夜间最大混合层高度较低；白天时最大混合层高度则升高,随季节不同，冬季平均高度最小，夏初为最大。
当最大混合层高度小于1500m时，城市会普遍出现污染现象
23.大气颗粒物按照物态及形成机制的分类（与书上不同）
●粉尘（微尘、Dust）：
固体；风吹扬尘，风沙。
●烟（烟气，Fume）：
固体；熔融金属、凝结的金属氧化物、汽车排气、烟草燃烟、硫酸盐。
●灰（Ash）：
固体；煤、木材燃烧产生的硅酸盐颗粒，煤粉燃烧产生的飞灰。
●雾（Fog）：
液体；水蒸气冷凝生成的颗粒小水滴或冰晶，水平视程小于1km。
●霭（Mist）：
液体；称为轻雾，水平视程在1~2km之内，大气呈灰色。
●霾（Haze）：
固体；水平视程小于2km，使大气混浊呈浅蓝色或微黄色。
●烟尘（熏烟，Smoke）：
固体与液体；含碳物质（如煤炭）燃烧时产生的固体碳粒、水、焦油tar状物质及不完全燃烧的灰分所形成的混合物，如果煤烟中失去了液态颗粒，即成为烟尘。
●烟雾（Smog）：
固体；泛指各种妨碍视程（能见度低于2km）的大气污染现象。
24.温室效应的形成机制及主要温室气体（要写成机制，我不太明白，你们可以问他）
进入大气的太阳辐射约50%以直接方式或被云、颗粒物和气体散射的方式到达地球表面，到达地面的辐射包括少量短波长的紫外光、大量的可见光和长波红外光。
另外的50%被直接反射回去或被大气吸收到达地面的太阳能大部分被吸收，地面受热后，以再辐射的方式使能量返回太空，以维持热量平衡。
（他当时念了一下这部分）
Ø由于自然大气中存在一些气体，如水汽、二氧化碳、甲烷等，能够吸收部分长波辐射，产生“温室效应”，使地球表面保持适合生物生存的温度。
Ø温室效应易受人类活动的干扰。
25沉积物中重金属释放的四个条件（这条他讲课时说了，不过只说题没说答案，可是课件上怎么没有啊？
自己找答案吧！
呵呵）
26.水圈：
是指地球上被水和冰雪所占有或覆盖的圈层。
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在于空中、地表和地下以及生物体内，海洋、湖泊、河流、沼泽的水体和地下水构成地壳的水圈。
地球上的水循环是形成水圈的动力，在水循环的作用下，把特征不同的水体联系起来开成水圈，并与大气圈、岩石圈、生物圈之间进行各种形式的水交换。
27.环境效应概念：
自然过程或人类的生产和生活活动对环境造成污染和破坏，从而导致环境系统的结构和功能发生变化，称之为环境效应
28.大气稳定度：
大气垂直方向上的稳定程度
29.酸沉降（aciddeposition）：
酸性物质迁移到地表的过程，通过干、湿沉降两种途径实现。
干沉降（drydeposition）：
随气流的对流和扩散作用，被土壤、水体和植被等吸附去除。
湿沉降（wetdeposition）：
通过降水落到地面（酸雨acidrain）。
30.电子活度和氧化还原电位（书上写的粗（意思是他这个答案就挺好），要看懂答案，最好有物理化学基础）
电子活度的概念：
酸碱反应和氧化还原反应之间存在着概念上的相似性，酸和碱是用质子给予体和质子接受体来解释。
故pH的定义为：
pH=-lg（αH+）
αH+——氢离子在水溶液中的活度，它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势，与此相似，还原剂和氧化剂可以定义为电子给予体和电子接受体，同样定义pE为：
pE=-lg（αe）;αe—水溶液中的电子活度
pE的严格热力学定义是由Stumm和Morgan提出的，基于下列反应：
2H+（aq）+2e→H2（g）
当这个反应的全部组分都以1个单位活度存在时，该反应的自由能变化△G可定义为零
当H+（aq）在1单位活度与1.0130×105PaH2平衡（同样活度也为1）的介质中，电子活度才正确的为1.00及pE=0.0
因此，pE是平衡状态下（假想）的电子活度，它衡量溶液接收或迁移电子的相对趋势，在还原性很强的溶液中，其趋势是给出电子。
从pE概念可知，pE越小，电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强。
反之，pE越大，电子浓度越低，体系接受电子的倾向就越强。
氧化还原电位E和pE的关系：
若有一个氧化还原半反应：
Ox+ne→Red
根据Nernst方程一般式，则上述反应可写成：
31.天然水的pE和决定电位（有的东西我都忘了，当时我还记了个局部电位，自己都不知道是什么，呵呵，）
天然水中含有许多无机及有机氧化剂和还原剂。
水中主要的氧化剂有溶解氧、Fe（Ⅲ）、Mn（Ⅳ）和S（Ⅵ）,其作用后本身依次转变为H2O、Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、和S（-Ⅱ）。
水中主要还原剂有种类繁多的有机化合物、Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、和S（-Ⅱ），在还原物质的过程中，有机物本身的氧化产物是非常复杂的。
由于天然水是一个复杂的氧化还原混合体系，其pE应是介于其中各个单体系的电位之间，而且接近于含量较高的单体系的电位。
决定电位：
若某个单体系的含量比其他体系高得多，则此时该单体系电位几乎等于混合复杂体系的pE，称之为“决定电位”。
在一般天然水环境中，溶解氧是“决定电位”物质，而在有机物累积的厌氧环境中，有机物是“决定电位”物质，介于二者之间者，则其“决定电位”为溶解氧体系和有机物体系的结合。
32.专属吸附:
是指吸附过程中，除了化学键的作用外，尚有加强的憎水键和范德华力或氢键，专属吸附作用不但可使表面电荷改变符号，而且可使离子化合物吸附在同号电荷的表面上水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和无机高分子的专属吸附作用特别强烈，简单的Al3+、Fe3+高价离子并不能使胶体电荷因吸附而变号，但其水解产物却可达到这点，这就是发生专属吸附的结果（书上无）
33.土壤胶体分类：
（他在这里强调土壤出五分）
无机胶体，主要为各种次生矿物，如层状硅酸盐、水合氧化物、氧化物等矿物；
有机胶体，主要为腐殖质；
无机-有机胶体复合体。
34.沉积物中重金属的释放条件：
重金属从悬浮物中重新释放属于二次污染问题，不仅对于水生生态系统，而且对于饮用水的供给都是很危险的。
诱发释放的主要因素有：
盐浓度升高：
碱金属和碱土金属阳离子可将被吸附在固体颗粒上的金属离子交换出来。
氧化还原条件的变化：
较多的耗氧物质，使一定深度以下沉积物中的氧化还原电位急剧降低使铁、锰氧化物可部分或全部溶解，故被其吸附或与之共沉淀的重金属离子也同时释放出来
降低pH值：
pH值降低，导致碳酸盐和氢氧化物的溶解，H+竞争作用增加了金属离子的解吸量。
在一般情况下，沉积物中重金属的释放量随着反应体系pH的升高而降低
增加水中配合剂的含量：
天然或合成的配合剂使用量增加，能和重金属形成可溶性配合物，有时这种配合物稳定度较大，可以溶解形态存在，使重金属从固体颗粒上解吸下来
（呵呵，这道题竟然在这里出现，前边那少个题呀，呵呵，他也有点糊涂）
35.有机配位体对重金属迁移的影响：
影响颗粒物（悬浮物或沉积物）对重金属的吸附：
加入配位体可能以下列方式影响吸附：
①由于和金属离子生成配合物，或与表面争夺可给吸附位，使吸附受到抑制；②如果配位体形成弱配合物，并且对固体表面亲和力很小，则不致引起吸附量的明显变化；③如果配位体能生成强配合物，并同时对固体表面具有实际的亲和力，则可能会增大吸附量。
影响重金属化合物的溶解度：
重金属和羟基的配合作用，提高了重金属氢氧化物的溶解度
36.土壤的酸度：
（要求用公式解释，活性，潜性酸度，及Fe3+的影响）
•活性酸度（有效酸度）：
土壤溶液中游离H+提供，可直接测
•潜性酸度：
土壤胶体所吸附H+、Al3+提供
•
（1）土壤胶体上吸附性H+解离
•
（2）土壤胶体上吸附性H+被其它阳离子所交换
•（3）土壤胶体上吸附性Al3+的作用
•
•活性酸度和潜性酸度关系：
在同一平衡体系中存在，潜性酸度是活性酸度的储备，活性酸度是潜性酸度的根本起点。
37.简述土壤胶体的缓冲作用。
土壤胶体吸附有各种阳离子，其中盐基离子（用M代表）和氢离子能分别对酸和碱起缓冲作用。
土壤溶液中的铝离子能形成多核羟基络合物，对碱的缓冲能力更强。
其反应式为：
38.简述多氯联苯PCBs的结构特征和在环境中的主要迁移、转化途径
多氯联苯是一组由多个氯原子取代联苯分子中氢原子而形成的氯代芳烃类化合物。
多氯联苯主要在使用和处理过程中，通过挥发进入大气，然后经干、湿沉降转入湖泊和海洋。
转入水体的多氯联苯极易被颗粒物所吸附，沉入沉积物，使多氯联苯大量存在于沉积物中。
多氯联苯的主要转化途径是光化学分解和生物降解。
39.分析伦敦烟雾事件和洛杉矶光化学烟雾成因 （书上不全面）
12月5日清晨，在伦敦上空南英格兰一带有一大型移动性高压脊，使伦敦地区完全处于死风状态，再加上近地气温发生反常变化，近地空气在低气压影响下形成冷气层，来自西北的高压流在它的上面形成逆温层，使地面冷空气层不能逸散。
由于伦敦居民当时都用烟煤取暖，烟煤中不仅硫含量高，而且一吨家庭用煤排放的飘尘要比工业用煤高3至4倍。
在当时的气象条件下，导致伦敦上空烟尘蓄积，经久不散，大气中烟尘最高浓度达每立方米4.5毫米，二氧化硫达3.8毫克。
经过几十年的努力，科研人员终于弄清原来粉尘中含有一种三氧化二铁的成份，促使空中的二氧化硫氧化成三氧化硫，遇大雾中的水滴变成硫酸，硫酸液沫或附着在烟尘上或凝聚在雾点上进入人的呼吸系统，使人发病或加速慢性病患者的死亡。
但是，自从1936年在洛杉矶开发石油以来，特别是二次世界大战后，洛杉矶的飞机制造和军事工业迅速发展，洛杉矶已成为美国西部地区的重要海港，工商业的发达程度仅次于纽约和芝加哥，是美国的第三大城市。
随着工业发展和人口剧增，洛杉矶在20世纪40年代初就有就有汽车250万辆，每天消耗汽油1600万升。
到70年代，汽车增加到400多万辆。
市内高速公路纵横交错，占全市面积的30%，每条公路通行的汽车每天达16.8万次。
由于汽车漏油、汽油挥发、不完全燃烧和汽车排气，每天向城市上空排放大量石油烃废气、一氧化碳、氧化氮和铅烟（当时所用汽车为含四乙基铅的汽油）。
这些排放物，在阳光的作用下，特别是在5月份至10月份的夏季和早秋季节的强烈阳光作用下，发生光化学反应，生成淡蓝色光化学烟雾。
这种烟雾中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化剂，滞留市区久久不散。
从地形来说，洛杉矶地处太平洋沿岸的一个口袋形地带之中，只有西面临海，其他三面环山，形成一个直径约50千米的盆地，空气在水平方向流动缓慢。
。
虽然在海上有相当强劲的通常都是从西北方吹来的地面风，但此风并不穿过海岸线。
在海岸附近和沿着近乎是东西走向的海岸线上吹的是西风或西南风，而且风力弱小。
这些风将城市上空的空气推向山岳封锁线。
还有另一个因素促使逆温层的形成。
沿着加利福尼亚洲海岸向南方和东方流动的是一股大洋流，名叫加利福尼亚潮流。
在春季和初夏，这古海水教冷。
来自太平洋上空的比较温暖的空气，越过海岸想洛杉矶地区移动，经过这一寒冷水面上空后变冷。
这就出现了接近地面的空气变冷，同时高空的空气由于下沉运动而变暖的态势，于是便形成了洛杉矶上空强大的持久性的逆温层。
每年约有300天从西海岸到夏威夷群岛的北太平洋上空出现逆温层，它们犹如帽子一样封盖了地面的空气，并使大气污染物不能上升到越过山脉的高度。
40.伦敦烟雾事件的成因，与洛杉矶烟雾事件的主要区别
41.氮氧化物对臭氧的影响:
CyclingofHOx（OH+HO2）byNOxvs.radicalterminationreactions
ToolittleNOx:
Radicaltermination（e.g.HO2+HO2）ratherthanradicalcycling（e.g.HO2+NO）leadingtoO3chemicaldestruction
ToomuchNOx:
Radicalterminationbyalternateroute（e.g.OH+NO2）aswellasshort-termO3destructionbyNO+O3-->NO2==>implicationsforO3peakdownwindofstrongNOXsources
（氮氧化物，自由基，臭氧最高值下降，不明白在说什么，你问他吧）
42.分析水分子结构（水的特性、杂化轨道）
H2O：
氧原子受到四个电子对包围，其中包括两个与氢原子共享，形成两个共价键的成对电子对和由氧原子持有的两个孤对电子对。
N.V.Sidgwick与H.M.Powell提出的价层电子对互斥理论：
价层电子对间的斥力大小与价层电子对的类型有关：
孤对电子间的斥力＞孤对电子与成键电子对间的斥力＞成键电子对间的斥力
因为存在两对孤对电子对，使H2O的构型为V型。
水的特性与它的结构有关，现代结构理论认为，H2O分子是由4个sp3杂化轨道形成的四面体结构。
氧原子外层的电子分布为2s2sp4，在与氢原子成键时由于“微扰”作用，氧原子的1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成4个不等性sp3杂化轨道。
其中有2个sp3轨道被未成键的孤对电子占有，所以键角是104°27′，而不是109°28′。
水的许多特性都与这种结构有关。
汽态的水分子大都是单分子的，间或有二聚体。
固态的冰则不同，每个水分子与周围另外4个水分子以氢键结合，形成四面体结构单元，这使冰呈六方晶体结构，分子之间有较大的空隙，故密度比水小，只有0.92克/厘米，所以冰能浮在水中。
H—O—H键角109.5°缩减到104.5°。
氢原
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