02水环境化学(天然水)课件.ppt

第二章 天然水的组成和性质;2.1 水的分子结构与性质 ;一、水分子的结构(两个重要特点）;偶极矩;2. 水分子之间有很强的氢键; 因为每个水分子在正极一方有两个裸露的氢核，在负极一方有两对孤对电子，每个水分子可以把两个氢核交出，同时又可以由两对孤对电子接收氢核。 每个水分子可以同邻近的 个水分子形成 个氢键。;在冰分子的结构中，氢键的数目达最高饱和值，使分子排列成为六方晶系晶格 与液体水分子的结构相比，冰的结构较为疏松，其密度由1.0g·cm-3降至0.92g·cm-3 。 在4℃时，水的体积最小、密度最大。超过或低于此温度时体积都会膨胀;（7）水的同位素组成(P16);自然界的水实际上是 种水的混合物。 HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17D DO16D DO18D DO17D 其中， HO16H是常说的普通水分子，含量为99.745%(摩尔分数），其余为重水;我们该喝什么？-------- 重水 OR 轻水？;由不同的同位素组成的分子之间存在相对质量差。这种质量差异所引起的该分子在物理和化学性质上的差异，称为同位素效应。 如：D2O的蒸发热、沸点、表面张力、密度等都比H2O高。;同位素效应 同位素分馏 同位素分馏是指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象。;一般认为，蒸发作用是促成水的同位素分馏的主要过程。;自然界中哪个元素的同位素分馏最大？？;如，学者在研究北京地区地下热水 北京城区东南部地下热水氘同位素的浓度（δD）值为-6.33‰ ～ -7.78‰ 城区雨水（ -6.33‰ ～ -7.48‰ ） 河水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ） 浅层地下水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ） 地下热水δD与城市雨水值非常接近 北京东南部地下热水由大气降水所补给。;表达稳定同位素的分馏的参数--- δ值（常用）; O18/O16的千分差：;水的重要性质及其意义;property;三、水的化学性质;4）水解 水与弱酸阴离子或弱基阳离子反应，造成水溶液中OH-过剩或H+过剩的反应，称为水解反应。 水解作用在地质和地球化学过程中十分重要: （1）增加盐类的溶解度； （2）造成pH缓冲机制； （3）很多地质过程，如某些成岩作用、成矿作用和风化作用，其实质实际上是一种水解过程。;2.2 天然水的组成、形成和分类;一、天然水的组成;主要离子;TDS=[Cl-+SO42-+HCO3-]+[Na++K++Ca2++Mg2+];[Cl-+2SO42-+HCO3-]=[Na++K++2Ca2++2Mg2+ ];阳离子电荷数：0.072 + 2.98 + 2.38 + 1.54 = 6.972 阴离子电荷数：3.78 + 2.45 + 0.9 = 7.13;海 水;（1）重碳酸根（ HCO3- ）、碳酸根（ CO32- ）;（2）氯（ Cl- ）;（3）硫酸根（ SO42- ）;天然水SO42-含量;天然水SO42-含量;（4）钙（ Ca2+）、镁（ Mg2+ ）;天然水中Ca2+与Mg2+的含量的比例关系有一个大致规律：;水的硬度（P19 表2-4）;（5）钠（ Na+ ）、钾（ K+ ）;K+地壳丰度：2.60% Na+地壳丰度： 2.64% 相近的化学性质 天然水中K+的含量为Na+含量的4%-10% K+容易被土壤胶粒吸附 K+被植物吸收利用;二、天然水中化学成分的形成(P37);W. Stumm, J.J. Morgan(1981) 将H2O、CO2、O2对各类矿物的化学破坏作用分为三类典型反应。 P38 表2-17 “典型风化反应”;（1）同成分溶解反应（均相溶解作用）;（2）异成分溶解反应（非均相溶解作用）;（3）氧化还原反应;Hu M-H,Stallard R R, Edmond J M. Major ion chemistry of some large Chinese rivers. Nature, 1982,298:550-553;（1）天然水中离子之间的相互作用 硅酸盐与其他盐类的反应 碱金属碳酸盐与其它盐类的反应 Mg2+和K+与其它盐类的反应 ;（2）天然水中的离子与沉积物和土壤中吸收性阳离子之间的交换反应;（3）天然水的蒸发浓缩作用 在蒸发浓缩过程中，水体所含盐类逐一达到饱和状态而析出。高度蒸发浓缩区域的内陆盐湖水多为氯化水。 （4）天然水的混合作用;三、天然水的分类 ;矿化度：水中所含无机矿物成分的含量 表征 105℃～110℃时将水烘干后所得的残渣 水质分析：矿化度 ≈ {离子总量-1/2[HCO3-]} 在蒸干过程中发生了如下反应 矿化度一般只用于天然水的