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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 思考题 * * 第一节 水分子结构 天然水基本特征 第二节、水中无机污染物的迁移转化 第三节 水中有机污染物的迁移转化 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 三、水体污染和自净 四、水中污染物的分布和存在形态 五、典型水污染的特征 1、水分子的结构 水是地球上常见的物质之一。 水是氧的氢化物，具有V型结构的极性分子。 这种V型结构使水分子正负电荷向两端集中，一端为两个H离子带正电荷，一端为O带负电荷，所以水是极性分子。 极性使水分子之间存在氢键，并有多个水分子缔合nH2O=(H2O)n。常称“水分子团”。 正是氢键的存在使水分子和同族分子相比具有特异性 + _ - + (H2O)2 (H2O)3 + - - + - + O H H + + — (H2O) 2、水的特异性 水的物理化学性质在很多方面不符合常有规律而显示出特异性。 具有较高的溶点和沸点 第VI主族元素氢化物熔点比较 第VI主族元素氢化物沸点比较 （x轴主族周期数， y轴温度k） 如上图形显示，如果按照O在主族中的位置推测，水呈现液态的温度应是-100—-80摄氏度，换句话说，在目前的地球温度下水应该呈现气态。而事实上水为液态，因此在自然生态环境中具有不可估量的作用。例如保证了饮用、水生生物的生存、生命的进化等。 体积随温度变化情况异常。水的体积改变不遵循“热胀冷缩”的普遍规律。 “冰轻于水”（4摄氏度水密度最大）具有重要的生态学意义。可以保护水下的生物，保证水底部生物需要的溶解氧以及其他营养物的补充等。 热容量最大。在所有液体和固体中，水具有最大的热容量。沸点高。能够有效地调节温度的剧烈变化。 溶解和反应能力强。常被称为通用溶剂。水具有极强的溶解能力，能够不同程度地溶解大量物质，当然包括污染物。 具有很大的表面张力。水的表面张力仅仅次于水银。 水提供了有机物和生命物质中H的来源。一些有机化合物都是以碳、氢、氧、氮等元素为基础形成的。这些元素的主要来源物质就是CO2和H2O。 3、水的同位素组成 水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上是18种水分子的混合物C32C31=18。 当然H2O是最普通的水分子（包括H216O（99.73%）、H217O（0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水是重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O、T218O）。 重水在自然界含量非常少，而且它是和反应堆的中子慢化剂，在大功率的原子反应堆中需要它，同时又是生产氢弹的原料，但是从普通水中提取重水要耗费非常多的能量。估计13万kWh/kg重水。 超重水中的氚T是一种放射性同位素，能够放射出β射线。一般超重水用于医学、生物、物理、化学上的示踪剂。 1、天然水的组成（离子、溶解气体、水生生物） 天然水是含有可溶性物质和悬浮物的一种天然溶液。可溶性物质非常复杂，主要是岩石风化过程中，经过水文地球化学和生物地球化学的迁移、搬运到水中的地壳矿物质。包括：悬浮物质、胶体物质、溶解物质（气体、离子）、水生生物等。 （1）天然水中的主要离子组成 最主要的八大离子 天然水中常见的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。 常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。 水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。 硬 度 酸 碱 金 属 阳 离 子 Ca2+ Mg2+ H+ Na+ HCO3- CO32- OH- SO42 Cl- NO3- 阴 离 子 碱 度 酸 根 除上述的八大离子之外，还有H+、OH-、NH4+、HS-、S2-、NO2-、NO3-、HPO4-、PO43-、Fe2+、Fe3+等。 一般水体中的特征离子 海水中：一般Na+、Cl-占优势； 湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势； 地下水主要离子成分受地域变化影响很大，一般说地下水硬度高，就是其中Ca2+、Mg2+含量高，对于一