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第三章：水环境化学——天然水的基本特征以及污染物存在形态  第一节 水分子结构 天然水基本特征一、水和水分子结构的特异性 二、天然水的基本特征 2.水的特性 由于水分子之间氢健的存在 （1）透光性 （使对生物有害的短波远紫外光被挡在外） （2）高比热熔、高汽化热（使地面温度保持在一个相对恒定的范围之内） （3）高密度（使水中溶解氧和营养物质在水域分布均匀） （4）高介电常数（促进营养物质的吸收和生物体内的各种生化反应） （5）水是极好的溶剂（生命过程中营养物质的传送提供媒介 （6）冰轻于水（维持水体中生物的生存） （7）水的依数性（包括凝固点降低、蒸汽压下降和渗透压） 3.天然水体的性质 （1）天然水体的循环 （2）水量平衡 E全球=P全球 4.天然水的环境效应 （1）水是生命起源的要素 （2）水在人体代谢中的生理功能 （3）水是自然环境的要素之一 思考题 二、天然水体中的化学平衡 沉淀溶解平衡 碳酸平衡 氧化—还原平衡 配合—离解平衡 吸附—解吸平衡 1.沉淀—溶解平衡 用溶度积表征溶解度 金属氧化物 金属硫化物：达到水解和羟基平衡时溶解度最小 碳酸盐：取决于水体中溶解的CO2和水体的PH 金属离子：随着PH增大而增大 思考题： 一、颗粒物与水之间的迁移 二、水中胶体颗粒物聚集的基本原理和方式 思考题： 四、氧化—还原 五、配合作用 单位比表面积(ρ为密度)=面积（球）/重量= = （cm2/g） 表面能（又称为表面吸附能）：任何分子之间均存在引力，在物体内部， 某分子受到各方面作用力相等，因而处于平衡状态，但是在胶体表面上，分 子受力不均匀（因为表面分子周围的分子数量不相等），因而产生了所谓的 表面能。 计算实例：某湖泊底泥ρ=2.65g/cm3，10%为直径D=1um（10-4cm）的颗 粒物，求面积S=100m2，深度h=0.2m的底泥中，所有直径D=1um（10-4cm）的 颗粒物比表面积？ 解：先计算单位比表面积(ρ为密度) =面积（球）/重量= = =2.264×104（cm2/g） 其次计算总体积=100m2×0.2m×10%=2m3=2×106cm3 所以总重量=总体积×比重=2×106cm3×2.65g/cm3=5.3×106g 所以总比表面积=5.3×106g×2.264×104（cm2/g）=12×1010cm3=12万m3 由于胶体具有巨大的比表面和表面能，因此固液界面存 在表面吸附作用，胶体表面积愈大，所产生的表面吸附能也愈 大，胶体的吸附作用也就愈强，它是属于一种物理吸附。 一般么蒙脱石单位比表面积=800m2/g左右，伊利石 =30-80m2/g，高岭石=10-50=800m2/g，腐殖质=400-900m2/g， 无定型氢氧化铁[Fe(OH)3]∞=300m2/g左右。 （2）离子交换吸附：是一种物理化学吸附，主要是胶体对各种 介质离子的吸附，曾有人称之为“极性吸附”。 一般情况下，环境中大部分胶体（包括粘土矿物、有机胶体、含水氧化物等）带负电荷，容易吸附各种阳离子，在吸附过程中，胶体每吸附一部分阳离子，同时也放出等量的其他阳离子，因此把这种吸附称为离子交换吸附，它属于物理化学吸附。 需要说明的是，这种负电荷一部分是永久负电荷，主要是由于晶格中离子的同晶替代造成的，例如硅氧四面体中的Si4+被Al3+所取代，或者铝氢氧八面体中的Al3+被Mg2+所取代等，都会产生这种永久负电荷。另一部分为可变电荷，主要随着环境pH的改变而发生改变，原因是Si-OH中的H+在碱性溶液中的离解。Si-OH+OH-=Si-O-+H2O。 特征：这种吸附是一种可逆反应，能够迅速达到平衡。 不受温度影响，酸碱条件下均可进行，其交换吸附能力 与溶质的性质、浓度及吸附剂性质等有关。对于那些具 有可变电荷表面的胶体，当体系pH高时，也带负电荷并 能进行交换吸附。 离子交换吸附对于从概念上解释胶体颗粒表面对水合金 属离子的吸附是有用的，但是对于那些在吸附过程中表 面电荷改变符号，甚至可使离子化合物吸附在同号电荷 的表面上的现象无法解释。因此，近年来有学者提出了 专属吸附作用。 （3）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在起作用。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。 在水环境中，配合离子、有机离子、有机高分子和