水化学第二章天然水的主要理化性质精要.ppt

第二章 天然水的主要理化性质 教学目的与要求：了解液态水的结构及其异常特性；了解天然水的依数性。掌握盐度和含盐量的含义；掌握天然水温度的分布；掌握透明度的概念和检测方法。 重点：天然水温度的分布。 难点：天然水的依数性。 教学方法:多媒体 学时分配：4 第一节 液态水的结构及其异常特性一、纯水的异常特性与结构 水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽，都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。 水的特性 水分子结构图 BACK 第二节 天然水的主要理化性质 一、天然水的化学组成 按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系可以把天然水的 化学成分分为六类：即常量元素、溶解气体、营养元素、有机物质、微 量元素以及有毒物质。 1、常量成分 常量成分又称为主要离子、恒量元素、保守成分。淡水中的八大离子主 要有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-；海水、 中主要有Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+、Cl-、SO42-、HCO3-、 （CO32-）、Br-、H3BO3和F-。常量成分在水中含量高，性质稳定： 海水中常量成分占溶解盐类总量的99.8%—99.9%，而且它们在海水中 含量的大小有一定的顺序，其比例几乎不变；淡水中常量成分占水体溶 解盐类总量的90%以上。常量成分是决定天然水体物理化学特性的最重 要因素 。 2、溶解气体 天然水中溶有大气中所含有的各种气体，除了N2、O2、CO2外，还有惰性气体He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn也都能在水体中找到。海水中也含有少量H2，在水交换较差的湖底及某些海区或孤立的海盆中有时也有游离的H2S存在。对于部分受污染地区，水中可能还溶有该地区的污染气体（如硫氧化物、氮氧化物等）。溶解气体的含量与水的温度、水中动物代谢活动有关，其含量有明显的昼夜、季节、周年变化特点和显著的水层差异。 3、营养元素 主要包括与水生生物生长有关的一些元素，如N、P、Si等。营养元素多以复杂的离子形式或以有机物的形式存在于水体中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时又称为“非保守成分”或“生物制约元素”。 4、有机物 水体中的有机物可分为颗粒态有机物和溶解态有机物两大类。有机物在水体中的含量较低，通常是无机成分的万分之一，一般1升水中仅几毫克；有机物成分复杂，种类繁多。包括糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物等；有机物对水质及水生生物有着多方面错综复杂的影响，适量有机物的存在是使水质维持一定肥力的重要条件，而过量有机物的存在将会使水质恶化、鱼病蔓延。 5、微量元素等 除了常量元素和营养元素以外的其他元素（如同位素等），都包括在这一类中。微量元素种类繁多，总量却非常少，仅占总含盐量的0.1%左右；微量元素中的Fe、Mn、Cu等与生物的生长有着密切的关系，称为“微量营养元素”。 6、有毒物质 天然水中的有毒物质，按其来源或产生方式的不同大体可分为两类：一类是来自工农业生产以及日常生活排放的废物，即所谓污染物质，主要包括有机物、油类、农药及重金属离子等等；另一类是指由于水体内部物质循环失调而生成并积累的毒物，如硫化氢、氨、低级胺类、高浓度CO2及赤潮生物的有毒分泌物等。有毒物质在浓度较低时就会对水生生物产生毒性作用，并破坏生态系统的平衡；其毒性的大小与该物质的存在形式有关，并受到多中水体物理化学性质的影响。 二、天然水的主要化学特性 天然水是一个多组分、多相的混合体系，具有多重化学特性，概括起来约有十点： 1、天然水是一个多组分、多相的运动变化着的混合体系 2、不同形态的天然水含盐量悬殊 3、天然水都具有一定的酸碱性 淡水水体一般都是中性偏弱碱性，海水都是弱碱性。 4、天然水都具有一定的缓冲能力 包括渔业水体在内的所有水体均具有一定的缓冲能力， 保持自身pH的稳定性。