水

在人類文明的早期，人們開始探討世界各種事物的組成或者分類，很早就開始對水產生了認識，古代西方提出的四元素説中就有水；佛教中也認為地、水、火、風是構成物質的基本元素；中國古代的五行學説中水代表了所有的液體，以及具有流動、潤濕、陰柔性質的事物。聖經創世紀中也認為水是神創造萬物之前就存在的元素。在很長的一段時間裏，東西方古代樸素的物質觀中都把水視為一種基本的組成元素，直到1781年，普里斯特裏點燃“易燃空氣”和空氣的混合氣，發現瓶壁有水珠。卡文迪許又用純氧代替空氣重複這一實驗，證實“易燃空氣”燃燒產生水，“易燃空氣”是指氫氣。可惜受錯誤觀念影響，這兩位科學家仍認為水是一種元素。1782年，拉瓦錫將水蒸氣通過灼熱的鐵管，收集到“易燃空氣”和黑色固體(四氧化三鐵)，因此他認為水不是一種元素。

1805年，經過Gay-Lussac和Humbolt的定量研究，進一步確定了氫和氧按二比一的比例相化合，至此，水的化學組成為H₂O被初步確立。 ^[6] 

目前根據IUPAC規定，H₂O分子的正式名稱只有兩種：水(Water)與氧烷(Oxidane)。民間根據其化學式，給水起了以下別稱：氧化氫、一氧化二氫；類比VIA族與VIIA族其它化合物命名規律：氫氧酸、酸式氧；類比金屬氫氧化物（鹼）命名規律：氫氧化氫、苛性氫、羥基氫、鹼式氫等。

水在常温常壓下為無色無味的透明液體。水的三相點是273.16 K(611.73 Pa下)，臨界點是647 K(22.064 MPa下)。在臨界點之上水無法存在液相及固相，而在臨界點之下水蒸汽容易結成液相。水是一種可以在液態、氣態和固態之間轉化的物質。在20℃時，水的熱導率為0.006J/s⸱cm⸱K，冰的熱導率為0.023J/s⸱cm⸱K。水的密度在3.98℃時最大，為1×10³ kg/m³，温度高於3.98℃時，水的密度隨温度升高而減小，在0~3.98℃時，水不服從熱脹冷縮的規律，密度隨温度的升高而增加。水在0℃時，密度為0.99987×10³ kg/m³，冰在0℃時，密度為0.9167×10³ kg/m³。因此冰可以浮在水面上。水的定壓摩爾熱容會隨温度變化，在0℃時，水的定壓摩爾熱容為75.817J/mol/K，在20℃時，水的定壓摩爾熱容為75.165 J/mol/K，在100℃時，水的定壓摩爾熱容為75.541 J/mol/K。具有很大的內聚力和表面張力，除汞以外，水的表面張力最大，並能產生較明顯的毛細現象和吸附現象。純水有極微弱的導電能力，但普通的水因含有少量電解質(如礦物質、溶解大氣中二氧化碳形成的碳酸）而有較強的導電能力。 ^[7-8] 

化學式：H₂O

結構式：H—O—H（兩氫氧鍵間夾角104.5°）。

分子構成：水是由氫氧兩種元素組成，兩個氫原子一個氧原子形成V字型結構。常温常壓下，氣態自由水分子氫氧鍵的鍵長為0.9527×10^-10米，兩個氫氧鍵之間的夾角為104.52°。

水具有以下化學性質：

水的電離：純水中存在下列電離平衡：H₂O⇌H⁺+OH⁻或H₂O+H₂O⇌H₃O⁺+OH⁻。

注：“H₃O⁺”為水合氫離子，為了簡便，常常簡寫成H⁺，更準確的説法為H₉O₄⁺，常温下純水中氫離子物質的量濃度為10⁻⁷ mol/L。

2. 氧化性：水跟較活潑金屬或碳反應時，表現氧化性，氫被還原成氫氣。

2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑

Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑

3Fe+4H₂O（水蒸氣）=Fe₃O₄+4H₂↑（加熱）

C+H₂O=CO+H₂↑（高温）

3. 還原性：水跟氟單質反應時，表現還原性，氧被還原成氧氣

2F₂+2H₂O=4HF+O₂↑。

4. 水的電解：水在直流電作用下，分解生成氫氣和氧氣，工業上用此法制純氫和純氧，電解水也是一種電能轉化為化學能的一種有用方法。

2H₂O（通電）=2H₂↑+O₂↑。

5. 水化反應：水可跟活潑金屬的鹼性氧化物、大多數酸性氧化物以及某些不飽和烴發生水化反應。

Na₂O+H₂O=2NaOH

CaO+H₂O=Ca(OH)₂

SO₃+H₂O=H₂SO₄

P₂O₅+3H₂O=2H₃PO₄

CH₂=CH₂+H₂O⇌C₂H₅OH

鹽的水解、氮化物水解：

Mg₃N₂+6H₂O（加熱）=3Mg（OH）₂↓+2NH₃↑

NaAlO₂+HCl+H₂O=Al(OH)₃↓+NaCl（NaCl少量）

碳化鈣水解：

CaC₂（電石）+2H₂O（飽和氯化鈉）=Ca(OH)₂+C₂H₂↑

鹵代烴水解：

C₂H₅Br+H₂O（加熱下的氫氧化鈉溶液）⇌C₂H₅OH+HBr

醇鈉水解：

C₂H₅ONa+H₂O→C₂H₅OH+NaOH

酯類水解：

CH₃COOC₂H₅+H₂O（銅或銀催化並且加熱）⇌CH₃COOH+C₂H₅OH

多糖水解：（C₆H₁₀O₅）n+nH₂O⇌nC₆H₁₂O₆

丙腈水解：CH₃CH₂CN+H₂O→CH₃CH₂C(OH)NH→CH₃CH₂C(OH)NH+H₂O→CH₃CH₂C(OH)₂NH₂→CH₃CH₂CONH₂+H₂O→CH₃CH₂COOH+NH₃

酰胺水解：—CO—NH—+H₂O→—COOH+NH₂—

6. 兩性：既有氫離子（H⁺），也有氫氧根離子（OH⁻）。但純淨蒸餾水是中性的。

7. pH值：水在25 ℃下pH值為7(中性)，隨着温度的變化仍為中性。

自然界中水的水有三種狀態，分別為：固態、液態、氣態。但是水卻不止僅有三態，還包括：超臨界流體、超固體、超流體、費米子凝聚態、等離子態、玻色-愛因斯坦凝聚態等等。

眾所周知，地球表面71%的面積被水覆蓋。然而地球上的水到底從哪兒來?這個問題目前在科學界還存在較大爭議，目前比較有代表性的説法有“內源説”和“外源説”兩種。 ^[9] 

內源説認為地球的水來自於地球本身。地球起源時，形成地球的物質裏面就含有水，或者包含組成水的元素氫和氧，氫和氧在適宜的條件下化學反應生成了水 ^[10]  。

在地球形成的一個階段，温度很高，水或者在高壓下存在於地殼、地幔中，或者以氣態存在於地球大氣中。後來隨着温度的降低，地球大氣中的水冷凝落到了地面。岩漿中的水也隨着火山爆發不斷釋放到大氣、降落到地表。彙集到地表低窪處的水就形成了河流、湖泊、海洋。

地球內部藴含的水量是巨大的，地下深處的岩漿中含有豐富的水，實驗證明，壓力為15千帕、温度為1萬攝氏度的岩漿，可以溶解30%的水。火山口處的岩漿平均含水6%，有的可達12%。有人根據地球深處岩漿的數量推測在地球存在的45億年內，深部岩漿釋放的水量可達現代全球大洋水的一半。

地球岩石礦物中也含有結晶水和晶格水。結晶水是作物水合物分子組成部分的水，例如五水硫酸銅中的水。晶格水是礦物的晶體格架裏面摻雜的少量的H₂O水分子。在合適的條件下，這些岩石中的水就會被釋放出來。

不過，更大量的水存在於地幔中。澳大利亞地球科學家泰德·凌武德發現了以他的名字命名的尖晶橄欖石，這種礦物質的1.5%是由水分子構成的。在凌武德發表的一篇報告中提到，地幔的過渡層，即“三明治夾層”內具備超高壓、超高温等條件，因此那裏富含鑽石，也符合尖晶橄欖石這種礦物質的產生條件。

尖晶橄欖石在隕石中普遍存在，但在地球上的岩石中卻極少發現，起碼在2008年以前科學家認為這種礦物質只存在隕石中。

2014年3月，來自加拿大阿爾伯塔大學的格拉漢姆·皮爾森等在英國《自然》 ^[10]  雜誌發表報告，宣稱新發現的尖晶橄欖石樣品。提供了足夠充分的證據，證明地幔上下層之間的過渡帶存在水 ^[12]  分，而且按照岩石中的水分存在比例，水資源儲量相當豐富，有望超過全球海洋總水量之和。

地幔上下層之間的過渡帶厚度約為25千米，佔據地球內部的一 ^[10]  個橢圓體區域，約佔地球質量的7.5%，以平均含水量按1%計算，存水質量為4.485×1010億噸，是現今地球表面的水貯量（包括液態水、固態冰雪和氣態水汽）1.3860×1010億噸的3倍多。

地幔中的水，因為地殼俯衝形成的上升通道可以進入地幔與地殼之間的軟流層岩漿中，並隨岩漿活動而達到地表。按此理論，地表的液態水很大部分是內部的水慢慢滲出而積累起來的。有人估計自地球誕生以來，深層岩漿活動帶給地表的水佔當今海洋貯水量的一半，又有人估計火山活動噴出來的水相當於海洋貯水量的一半。

外源説認為地球的水來自外空：彗星、隕石和太陽風。

碰撞到地球的彗星、降落到地球的隕石，其成分含有一定量的水，一般為0.5%到5%，有的高達10%以上。其中碳質球粒隕石含水更多。球粒隕石是太陽系中最常見的一種隕石，大約佔所有隕石總數的86%。降落到地球的隕石把水分帶到了地球。 ^[11] 

但是，不可想象在地球形成之後，會有如此多的隕石帶來如此多以至於形成地球海洋的水量。而且如果光有隕石而缺乏把其中的水釋放出來的地球物理化學作用，隕石中的水也根本轉變不成液態水。所以，認為地球上的水是地球形成後隕石帶來的觀點不成立。

外源説還認為太陽風到達地球大氣圈上層，帶來大量的氫核、碳核、氧核等原子核，這些原子核與大氣圈中的電子結合成氫原子、碳原子、氧原子等。再通過不同的化學反應變成水分子，據估計，在地球大氣的高層，每年幾乎產生1.5噸這種“宇宙水”。然後，這種水以雨、雪的形式落到地球上。但太陽風形成的水是如此少，在地球45億年生命史中，也不過形成67.5億噸水，與現今地球表面的水貯量（包括液態水、固態冰雪和氣態水汽）1.3860×10¹⁰億噸相比，不過九牛一毛。這也説明地球的水還是以自源為主。

看來地球的水既有內源的，也有外源的，但以內源為主要來源。

目前地球表面的水，或許在地球形成初期就有了一部分，例如存在於原始大氣中的水、存在於地表岩石中的水；後來又從天外隕石、彗星、太陽風中獲得了少部分；而主要的部分是地球內部通過岩漿活動滲出來的。

既然地球可以自生水而形成水球，一個自然的問題是與地球有同樣起源的其他星球，如火星、月亮為什麼沒有液態水存在呢？甚至連水的蹤影都找不到呢？

液態水能否存在的一個控制因子是温度。太陽等星球温度太高，連水分子都不能存在而分解成了原子，所以根本沒有水；有的星球例如金星，温度不算太高，水分子可以存在，但温度超過了水的沸點，水都蒸發了，所以沒有液態水；有的星球例如火星，温度低於水的冰點，即使有水也都結冰了，所以也沒有液態水。 ^[13] 

地球是太陽系八大行星之中唯一由液態水所覆蓋的星球。地球表層水體構成了水圈，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川、積雪、地下水和大氣中的水。由於注入海洋的水帶有一定的鹽分，加上常年的積累和蒸發作用，海和大洋裏的水都是鹹水，不能直接飲用。某些湖泊的水也是含鹽水。世界上最大的水體是太平洋。北美的五大湖是最大的淡水水系。歐亞大陸上的裏海是最大的鹹水湖。

地球上水的體積大約有13.6億立方公里。其中:

·海洋佔1,320,000,000立方公里（即97.1%)；

·冰川和冰蓋佔25,000,000立方公里（即1.8%)；

·地下水佔13,000,000立方公里(即1.0%)；

·河流、湖泊以及內陸海里的淡水佔250,000立方公里(即0.0018%)；

·大氣中的水蒸氣在任何已知的時候都佔13,000立方公里(即0.0001%)。 ^[14] 

在銀河系星雲中被探明存在水，由於氫和氧是構成宇宙的主要元素，科學家認為其他星系中依然存在大量水。

星雲塵埃凝聚，形成各種彗星、行星、矮行星及其衞星，水也在這些天體上。在太陽系中，水以固體形式存在於以下天體:

·月球

·水星、火星、海王星、冥王星

·天然衞星、如海衞一、木衞二目前尚只在地球上發現液態形式的水。科學家預測液態水也極有可能存在於土衞二的表面。

我國淡水總量在2.8萬億立方米左右，在全球範圍內總淡水資源中佔據約6%，人均淡水量僅佔全球人均淡水量的25%，是現階段全球人均淡水量最少的國家之一。我國水資源在空間分佈上呈東南多,西北少的趨勢。長江以北各水系流域面積佔全國國土面積的63.5%，而水資源僅佔全國總量的19%；長江以南各水系流域面積佔全國國土面積的36.5%，而水資源卻佔全國總量的81%。 ^[15-16] 

日常生活中的水可分為軟水和硬水，溶有較多可溶性鈣、鎂和鐵鹽的水叫做硬水。水中含有的Ca²⁺，Mg²⁺等離子的總濃度稱為硬度。GPG為水硬度單位，1GPG表示1加侖水中硬度離子（鈣鎂離子）含量為1格令。按美國WQA（水質量協會）標準，水的硬度分為6級：0~0.5GPG為軟水，0.5~3.5GPG為微硬，3.5~7.0GPG為中硬，7~10.5GPG為硬水，10.5~14.0GPG為很硬，14.0GPG以上為極硬。 ^[17]  含有HCO₃^‒的水稱為暫時硬水，加熱時碳酸氫根離子分解使得鈣鎂離子沉澱而軟化。含有Cl^‒，SO₄^2‒的水不能通過加熱軟化，稱為永久硬水。可以用肥皂水來區分軟硬度，通過煮沸的方式可以使硬水變軟。

水有許多不同的用途，包括但不限於以下幾個方面：

1.飲用水：水是人類最基本的生存需求之一。我們需要水來滿足日常飲水需求，保持身體健康和正常的生理功能。

2.農業用水：水是農業生產的重要資源之一。用於農作物的灌溉、農田的排水、養殖業的畜牧、温室中的植物生長等，水對於農業的發展和糧食生產至關重要。

3.工業用水：許多工業過程需要大量的水，例如製造、冷卻、清洗、潤滑和化學反應等。工業用水廣泛應用於製造業、能源生產、化工、紡織、製藥等各個行業。

4.商業用水：商業場所需要水來滿足辦公、商店、餐飲和娛樂場所的日常活動需求，例如供應給員工和顧客的飲用水、清潔用水、廁所沖洗等。

5.發電和能源生產：水可以用於發電廠中的水力發電過程，通過水流驅動渦輪發電機產生電力。此外，水還可以用作核能和火力發電中的冷卻劑。

6.衞生與清潔：水被用於個人衞生，包括洗手、洗澡、刷牙和洗衣服等。此外，水還被用於清潔家居、公共設施、道路和車輛等。

7.生態系統維持：水是維持濕地、河流、湖泊和海洋等生態系統的基礎和支撐。水提供了許多生物的棲息地和食物鏈中的重要角色。

水的污染有兩類：一類是自然污染；另一類是人為污染。當前對水體危害較大的是人為污染。 ^[18]  水污染可根據污染雜質的不同而主要分為化學性污染、物理性污染和生物性污染三大類：

污染雜質為化學物品而造成的水體污染。化學性污染根據具體污染雜質可分為6類：

（1）無機污染物質：污染水體的無機污染物質有酸、鹼和一些無機鹽類。酸鹼污染使水體的pH值發生變化，妨礙水體自淨作用，還會腐蝕船舶和水下建築物，影響漁業。

（2）無機有毒物質：污染水體的無機有毒物質主要是重金屬等有潛在長期影響的物質，主要有汞、鎘、鉛、砷等元素。

（3）有機有毒物質：污染水體的有機有毒物質主要是各種有機農藥、多環芳烴、芳香烴等。它們大多是人工合成的物質，化學性質很穩定，很難被生物所分解。

（4）需氧污染物質：生活污水和某些工業廢水中所含的碳水化合物、蛋白質、脂肪和酚、醇等有機物質可在微生物的作用下進行分解。在分解過程中需要大量氧氣，故稱之為需氧污染物質。

（5）植物營養物質：主要是生活與工業污水中的含氮、磷等植物營養物質，以及農田排水中殘餘的氮和磷。

（6）油類污染物質：主要指石油對水體的污染，尤其海洋採油和油輪事故污染最甚。

物理性污染包括：

（1）懸浮物質污染：懸浮物質是指水中含有的不溶性物質，包括固體物質和泡沫塑料等。它們是由生活污水、垃圾和採礦、採石、建築、食品加工、造紙等產生的廢物泄入水中或農田的水土流失所引起的。懸浮物質影響水體外觀，妨礙水中植物的光合作用，減少氧氣的溶入，對水生生物不利。

（2）熱污染：來自各種工業過程的冷卻水，若不採取措施，直接排入水體，可能引起水温升高、溶解氧含量降低、水中存在的某些有毒物質的毒性增加等現象，從而危及魚類和水生生物的生長。

（3）放射性污染：由於原子能工業的發展，放射性礦藏的開採，核試驗和核電站的建立以及同位素在醫學、工業、研究等領域的應用，使放射性廢水、廢物顯著增加，造成一定的放射性污染。

生活污水，特別是醫院污水和某些工業廢水污染水體後，往往可以帶入一些病原微生物。例如某些原來存在於人畜腸道中的病原細菌，如傷寒、副傷寒、霍亂細菌等都可以通過人畜糞便的污染而進入水體，隨水流動而傳播。一些病毒，如肝炎病毒、腺病毒等也常在污染水中發現。某些寄生蟲病，如阿米巴痢疾、血吸蟲病、鈎端螺旋體病等也可通過水進行傳播。由此看見保護我們的地球環境，防止工業污染和病原微生物對水體的污染也是保護環境，更是保障人體健康的一大課題。

污染的水若被生物飲用或灌溉，會嚴重的損害生物的健康，造成生物體被破壞、衰弱、生成疾病，嚴重者即失去生命。換而言之，生物若飲用潔淨的水，可保持健康促進循環。因此避免水污染在全球是個重要的議題。為了解決這一問題，污水處理等水污染控制措施就變得十分必要。

當前對於水的純化主要有以下方法，沉澱物過濾法、硬水軟化法、活性炭吸附法、去離子法、逆滲透法、反滲透法、超過濾法、蒸餾法、紫外線消毒法、生物化學法、正向滲透法等。

水對氣候具有調節作用，大氣中的水汽能吸收太陽輻射到地面能量的60%，再以大氣逆輻射的形式返回地面，從而對地面起到保温作用。水的比熱容很大，海洋和陸地水體在夏季能吸收和積累熱量，使氣温不致過高；在冬季則能緩慢地釋放熱量，使氣温不致過低。

雨雪等降水活動對氣候形成重要的影響。海洋和地表中的水蒸發到天空中形成了雲，雲中的水通過降水落下來變成雨，零度以下則變成雪。由於不同的條件，水還會以冰雹、霧、露水、霜等形態出現並影響氣候和人類的活動。

水覆蓋71%地球表面，從空中來看，地球是藍色星球。水侵蝕岩石土壤，衝淤河道，夾帶泥沙，營造平原，改變地表形態。

大部分學説認為，地球上的生命最初是在水中出現的。水中生活着大量的水生植被等水生生物。

水是所有生物體的重要組成部分。人體中水佔70%；而水母中98%都是水。在生物體中，水是一種緩衝的溶液，利用解離出的氫氧基(OH-)以及質子(H+)可以將外來少量的強酸或強鹼中和，如此可確保細胞中的蛋白質結構的完整性，而對酵素而言，在酵素的結構上需要維持一定的結構才具有活性。而經由上述案例可説明在生物體內需要利用水的化學及物理性質才可維持生物體結構(細胞形狀)及機能(如酵素活性)上的穩定。水有利部分生物化學反應，維持其生理能，如動物的消化作用及植物的光合作用。在生物體內還起到運輸物質的作用如血液中的血漿絕大部分都是水，有助於體內營養及氧的傳輸。由於水可以透過蒸發而降低温度，因此水對於維持生物體温度的穩定起很大作用，如動物的汗液及植物的蒸騰作用。一般來説植物的生長需要水分，水（與二氧化碳）作為原料參與了光合作用，且在植物的呼吸作用中作為產物。植物在運送水分時，是利用水的氫鍵互相牽引所形成如水鏈狀結構，在植物專門運送水分的導管中形成氫鍵使水分子不會受到引力作用而掉落至導管管壁，再利用蒸散作用帶動水分向上運輸。在植物水分的運輸過程中充分的解釋了水的運輸牽涉於水的物理性質。

水的氫鍵使水成為特優的吸熱能力，水將大部分所吸收的熱，用來打斷氫鍵，因此不會增加液體的温度，而水的比熱容在25°C時，大約是4200J⸱kg^-1K^-1，比其它液體普遍較高。因為有此項特質，生活在水中的有機體能得到水的保護，而不會因空氣中温度的急劇變化而有致命的危險。

水是人類生活的重要資源，一天必需攝取2~3升的水，並提供人們日常生活用水和工農業生產用水，特別是農業需要大量灌溉水。人類文明的起源大多都在大河流域，早期城市一般都在水邊建立，以解決灌溉、飲用和排污問題。在人類日常生活中，水對於人類各方面的作用不可或缺。

隨着科學技術的發展，人們興修水利，與水澇害和洪水等自然災害作鬥爭。因此衍生出一些專門與水有關的研究領域，如水力學，水文科學，水處理等，甚而產生了以水為生的產業水產業。

在人類文明早期，人們開始探討世界各種事物的組成或者分類，水在其中扮演了重要角色。由於科學水平低，對於水的認識不足，不能從科學角度解釋水的性質，對於水能滅火，能養育人類，但也可以淹溺，兼有養育與毀滅能力產生了又愛又怕的感情，產生了水崇拜，通過賦予水以神的靈性，祈求水給人類帶來豐收和幸福。

中國傳統上的龍王就是對水的神格化。凡有水域水源處皆有龍王，龍王廟、堂遍及全國各地。祭龍王祈雨是中國傳統的信仰習俗。

與水相關的物質

冰，是由水分子有序排列形成的結晶，水分子間靠氫鍵連接在一起形成非常“開闊”（低密度）的剛性結構。水結晶也可以直接形成立方冰。 ^[19] 

由於水分子間有氫鍵結合這樣的結構所決定的四面體結構。根據近代X射線的研究，證明了冰具有四面體的晶體結構。這個四面體是通過氫鍵形成的，是一個敞開式的開闊結構，因為五個水分子不能把全部四面體的體積佔完，在冰中氫鍵把這些四面體聯繫起來，成為一個整體。這種通過氫鍵形成的定向有序排列，空間利用率較小，約佔34%，因此冰的密度較小，約為攝氏4度時液態水的92%。

超臨界水是指温度和壓力高於臨界點(374.3℃，22.1MPa)的水。水的密度、介電常數和電離度等參數一般都隨温度和壓力的變化而發生改變，而在臨界點附近變化非常劇烈。 ^[20]  臨界點時水與水蒸氣不可區分，成為一種新的呈現高壓高温狀態的流體。這種超臨界流體有很多性質，比如具有極強的氧化能力，將需要處理的物質放入超臨界水中，再向其中溶解氧氣（可以大量溶解），其氧化性強於高錳酸鉀。二是許多物質都可以在其中燃燒，冒出火焰。三是可以溶解很多物質（比如油），且在溶解時體積會大大縮小，這是因為超臨界水在這時會緊緊裹住油。四是它能夠緩慢地溶解腐蝕幾乎所有金屬，甚至包括黃金（與王水相仿）。五是它的超級催化作用，在超臨界水中，化學反應變得很快。

重水，又稱氧化氘或氘水，是由重氫(D)和氧(O)組成的化合物。一個重水分子由兩個氘原子(D)與一個氧原子(O)組成，其分子式為 D₂O，化學式是 D₂O。重水的外觀與普通水相似，僅是密度稍高，為1.1079 g/cm³，凝固點和沸點較高，分別為3.82 ℃和101.42 ℃。重水的相對分子質量為20.0275Mr，比水(H₂O)的相對分子質量18.0153Mr高約11%，因此被稱為“重水”。 ^[21] 

超重水由兩個氚和一個氧組成，故又稱一氧化二氚，其化學式為T₂O或³H₂O。氚是氫的放射性同位素，氚原子核由一個質子和兩個中子組成，半衰期約12年，水在地球上的總重大約是一百三十六億億噸，超重水在天然水中極其稀少，其比例不到十億分之一。若要製取1公斤的重水需要超過100萬噸的天然水和大量的電能，因此超重水成本比黃金高上百倍，比重水提取成本高上萬倍。 ^[22]