水是地球上最簡(jiǎn)單的化合物，沒(méi)有水就沒(méi)有生命。然而水并不是我們想象的那么簡(jiǎn)單，僅僅是H2O。如果水分子真的是以單個(gè)分子存在，水的熔點(diǎn)為-110℃，沸點(diǎn)為-65℃，地球上的水早就全部氣化，地面上也就不可能還有水的存在。事實(shí)上，我們都知道，水的熔點(diǎn)為0℃，沸點(diǎn)為100℃。

為了解釋水透明的這個(gè)現(xiàn)象，我們分幾步來(lái)分析這個(gè)過(guò)程：一、物質(zhì)透光率相關(guān)因素；二、液態(tài)水的結(jié)構(gòu)；三、空氣和水的界面；四、光在水的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)情況分析；五、水透光情況說(shuō)明；六、水透光情況的補(bǔ)充。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題的分析，我們只考慮常溫常（4℃~30℃）壓下的純水（沒(méi)有任何雜質(zhì)的理想狀態(tài)）。

一、透光率的大小有如下幾種因素決定：

1、選擇性吸收：當(dāng)物質(zhì)能級(jí)差與光子能量匹配時(shí)，產(chǎn)生選擇性吸收，此時(shí)物質(zhì)本身就有顏色（如五水硫酸銅晶體，會(huì)吸收黃光），使透光率下降。

2、折射率：與物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。折射率越大，反射損失越大；雙折射率差值越大，反射損失越大，透光率越小。

3、物質(zhì)中氣泡或晶粒間界：此類數(shù)量越多，就產(chǎn)生反復(fù)從晶體到空氣，再?gòu)目諝獾骄w的反復(fù)折射，必定會(huì)造成反射損失，氣泡越多，反射損失越大，透光率越小。當(dāng)然，厚度越大，氣泡就會(huì)越多，損失就越大。

4、物質(zhì)中的雜質(zhì)：產(chǎn)生散射損失，即光的方向改變，使透光率下降。

二、液態(tài)水的結(jié)構(gòu)

科學(xué)家近些年通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氣態(tài)的水可以假設(shè)為單個(gè)水分子或者是二聚體水分子；處于液相與氣相過(guò)渡狀態(tài)的水分子可能會(huì)有簡(jiǎn)單的三元、四元、五元甚至六元環(huán)形分子存在；液相水分子團(tuán)的結(jié)構(gòu)要大于液相與氣相過(guò)渡狀態(tài)的水分子，會(huì)有六元、七元、八元甚至是更大的分子團(tuán)存在。當(dāng)分子簇大于7以后已經(jīng)不大容易形成單個(gè)的環(huán)狀分子簇了，即便可以勉強(qiáng)形成大環(huán)分子狀態(tài)上也十分不穩(wěn)定，很快便會(huì)通過(guò)變形轉(zhuǎn)化成折疊形態(tài)或多環(huán)結(jié)構(gòu)。與高分子不同的是由于水分子之間并沒(méi)有形成共價(jià)鍵而是以氫鍵相連，因而這種分子鏈在液態(tài)時(shí)十分脆弱，應(yīng)該處于動(dòng)態(tài)下的不斷斷裂和組合過(guò)程中。

三、空氣和水的界面

凡作用于液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。它產(chǎn)生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個(gè)薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內(nèi)部稀疏，分子間的距離比液體內(nèi)部大一些，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力。就象你要把彈簧拉開(kāi)些，彈簧反而表現(xiàn)具有收縮的趨勢(shì)。正是因?yàn)檫@種張力的存在，有些小昆蟲(chóng)才能無(wú)拘無(wú)束地在水面上行走自如。

四、光在水的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)情況

科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)測(cè)量出，單個(gè)水分子的體積為4X10^-10m^3，我們假設(shè)水分子在常溫狀態(tài)下以平均6~10個(gè)水分子形成的分子團(tuán)狀態(tài)存在，則這個(gè)分子團(tuán)的體積為2.4~4X10^-9m^3，它的直徑小于1.97X10^-9m。我們?cè)賮?lái)看一下可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為，380~760X10^-9m。從這兩個(gè)數(shù)值對(duì)比中我們可以看出，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水分子團(tuán)的大小。所以可見(jiàn)光可以在水中輕松繞過(guò)。

五、水透光情況的說(shuō)明

根據(jù)前面對(duì)水的分析我們可以得到水透光的原因：1）水中分子團(tuán)的尺寸遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，因此可見(jiàn)光可以從水分子周圍繞射而過(guò)；2）水的表面雖然分子比較稀疏，但是對(duì)光的透射損失比較小，有實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)數(shù)值為萬(wàn)分之幾，幾乎可以忽略；3）純水中雜質(zhì)和氣泡很少，是水透光率更高的另外一個(gè)原因。

六、關(guān)于水透光的補(bǔ)充說(shuō)明

水的可見(jiàn)光透光性質(zhì)不僅跟水分子團(tuán)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，也跟水的深度有關(guān)。當(dāng)水的深度很深的時(shí)候，波長(zhǎng)比較短的可見(jiàn)光穿透性比較弱，而波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的光繞射能力強(qiáng)，穿透深度比較深。所以，我們通常可以看到大海呈現(xiàn)出蔚藍(lán)色。