环境化学第三章-水环境化学课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 水环境化学,Aquatic chemistry,知识点,：认识天然水的基本特征和污染物的分布形,态，掌握水中污染物的迁移转化规律，学,会建立水质模型,重 点,：水中污染物的迁移和转化规律,难 点,：水质模型的建立,地球水资源分布,水 体 水量/km,3,总量/%,海洋 1320000000 97.2,淡水湖 125000 0.009,盐湖和内海 104000 0.008,河流 1250 0.0001,土壤水 67000 0.005,地下水 8350000 0.62,冰川和冰冠 29200000 2.15,大气水 13000 0.001,合 计 1360000000,陆地水 池塘水,.,湖水,冰盖和雪盖,溪流,.,河流,.,冰川,狭义水圈,海,大洋,海洋沉积物间隙水,海洋,泉水,.,沼泽水,海湾,水圈：Hydrosphere,1978年.R.A.Horne,水循环,Water cycle,1.水的自然循环：,特点：由降雨量自然循环的大致尺度,水的性质基本不变,2.水的社会循环,特点：工业与生活污水的产生与排放是主要的污染源,水的性质不断变化,水资源的主要问题,我国水资源人均和亩均水量少；,水资源在地区分布上很不均匀，水土资源组合不平衡,水量年内及年际变化大，水旱灾害频繁,水土流失严重，许多河流含沙量大；,我国水资源开发利用各地很不均衡,地球上水的总储量约为1.38,10,9,km,3,，海洋占97.41%，覆盖了地球表面积的71%，地球因而表现为漂亮的蔚蓝色星球。淡水占总水量的2.59%，而其中大约70%以上以固态储存在极地和高山上，只有不到30%的淡水资源存在于地下、湖泊、土壤、河流、大气等之中。水圈的上限算到对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。,在自然界中水的积聚体称为水体，包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽、海洋、冰川、地下水等。水体是一个完整的生态系统，其中包括水、水中的悬浮物、溶解物、底质和水生生物等。,水环境的概念出现于20世纪70年代，尚有争议。环境科学大辞典的解释：“水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等”。,水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各种水体如湖泊、水库、河流和地下水等是该水环境的重要组成部分，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层地下水和深层地下水等。,图 水环境体系（水体）,水环境化学是研究化学物质在天然水体中的存在形态、反应机制、迁移转化和归趋的规律及其化学行为对生态环境的影响。水环境化学是环境化学的重要组成部分，为水污染控制和水资源的保护提供了科学依据。,水环境化学研究的领域包括河口、海洋、河流、湖泊等。,研究的特点是：,（1）体系非常复杂 离子、分子、胶体微粒,（2）界面现象突出、重要 重金属、有机物附着在胶体微粒面上，化学、生物等变化也在界面发生,水环境化学的发展趋势：,“三微”微量、微观、微粒研究对象,“三模”模型、模式、模拟实验研究手段,第1节水的特性、环境效应Environmental Effects及结构,一、水的特性,二、水分子结构,三、水的异常性质,四、水的常见性质,水的几种特性参数,化合物,凝固点 沸点 偶极矩 汽化热 融化热 生成热,（摄氏度）（摄氏度）,（德拜）,（千焦,/,摩）,（千焦,/,摩）（千焦,/,摩）,H,2,O 0 100 1.84 40.67 6.02 -286.26,H,2,O (-95)(-80)(2.58,）,(12.55)(2.09)(-8.56),(,推测,),H,2,S -85.2 -60.3 1.10 18.66 2.38 -22.02,H,2,Se -65.7 -41.3 0.40 19.33 2.51 -66.14,H,2,Te -51 -2.2,0.20 23.22 4.18,-,142.03,水是氧的氢化物，它与氧族元素的其他氢化物相比，,有其不寻常的特点。,二、水分子结构,Molecular structure of water,H,2,O,：氧原子受到四个电子对包围，其中包括两个与氢原子共享，形成两个共价键的成对电子对和由氧原子持有的两个孤对电子对。,N.V.,Sidgwick,与,H.M.Powell,提出的价层电子对互斥理论：价层电子对间的斥力大小与价层电子对的类型有关：,孤对电子间的斥力,孤对电子与成键电子对间的斥力,成键电子对间的斥力,因为存在两对孤对电子对，使,H,2,O,的构型为,V,型。,水的特性与它的结构有关，现代结构理论认为，H,2,O分子是由4个sp3杂化轨道形成的四面体结构。氧原子外层的电子分布为2s2sp4，在与氢原子成键时由于,“,微扰,”,作用，氧原子的1个2s轨道和3个2p轨道杂化形成4个不等性sp3杂化轨道。其中有2个sp3轨道被未成键的孤对电子占有，所以键角是10427，而不是10928。水的许多特性都与这种结构有关。汽态的水分子大都是单分子的，间或有二聚体。固态的冰则不同，每个水分子与周围另外4个水分子以氢键结合，形成四面体结构单元，这使冰呈六方晶体结构，分子之间有较大的空隙，故密度比水小，只有0.92克/厘米，所以冰能浮在水中。,sp3,杂化轨道,2sp4,HOH,键角,109.5,缩减到,104.5,。氢原子可以与电负性大、原子半径小且具有孤对电子对的氧原子形成氢键。氢键能,18.81kjmol,-1,。约为,OH,共价键的,1/20,。,在冰、水或水合晶体中，,H,2,O,分子均可看作按四面体方向分布的电荷体系。水分子的两个氢原子指向四面体的两个顶点，显示正电性，而氧原子上的两对孤对电子指向四面体的另外两个顶点，显示负电性。结果使正电性的一端常和负离子或其他分子中的负电性一端结合，而负电性的一端常和正离子或其他分子中的正电性一端结合。这就是导致水容易形成氢键的原因。,表面张力：,所有液体中最高,（汞除外）。,控制某些表面现象和液滴的形成及行为；毛细现象和润湿能力强，对生物细胞的渗透和活性等均有重要作用。,溶解能力：,比其他液体能溶较多物质并有很大的溶解度。,在生物细胞活动过程中传递营养物和排泄废弃物，并给生物反应和化学反应提供反应介质。,介电常数：,所有液体中最高。,对离子化合物的溶解有重大作用，并能使其发生最大的电离，便于生化反应和溶解吸收营养物质。,电离度：,很小。,是真正的中性物质，并能同时提供微量的,H,+,和,OH,-,，有利于维持生物体的酸碱平衡。,透明度：,相当地大。,对红外和紫外的辐射能吸收大，对可见光的选择吸收比较小，既是无色的又透明度大，这种特征性的吸收，能保护浮游生物不受紫外线的伤害。,热传导：,所有液体中最高（,汞除外）。,在活细胞里小尺度范围内有重要作用，其分子热传导过程远不如涡动热传导过程剧烈。,氢键：,十分容易形成氢键。,只有少数液体具有这种性质，不仅对物质在水体中的迁移反应影响很大，而且在生物体许多生命物质的活性都有赖于氢键的存在。,偶极矩：,液体中最大。,容易形成水化物，有利于生物体内元素的传递和交换。,存在状态：,在室温,20,左右就能顺利进行固、液、气三态转化。,便于水在环境中和生物体内的循环和调节温度，有利于促进细胞的新陈代谢和废物的排泄。,四、水的常见性质,Common properties,纯水：无嗅、无味、无色液体。,含,O,2,多味甜,泥,质多味涩,矿物盐多则苦咸,标准大气压力下水的沸点,100,，蒸发热,540,卡,/,克，凝固点,0,。冰在,0,时的融化热,80,卡,/,克。,压力降低到三相关压力之下，水直接从固态变成气态，而不经过液态。,普通水在,4,时密度最大，,0,和,10,时密度相等,。,第2节 天然水的基本组成和基本特征,Basic composition and characteristics,一、天然水的化学组成,二、水中的金属离子形态,三、气体在水中的溶解性,四、水生生物,五、天然水的性质分析,六、天然水体的缓冲能力,七、天然水的硬度,一、,天然水的化学组成,Chemical composition,1.,天然水,：海洋、江河、沼泽、冰雪等地表水与地下水的总称。,2.,淡水的化学成分,离子强度较低（一般10,-2,10,-3,mol/L）,pH值的变化范围比较大 73,淡水中的主要离子有Na,+,、Mg,2+,、Ca,2+,、K,+,、NO,3-,、SO,4,2-,、Cl,-,、HCO,3,-,，占天然水中离子总量的95%99%。,河流和湖泊中的悬浮物含量变化大,Na,+,10.77 g/kg Cl,-,19.354 g/kg,Mg,2+,1.29 g/kg SO,4,2-,2.712 g/kg,Ca,2+,0.142 g/kg Br,-,0.067 g/kg,K,+,0.399 g/kg F,-,0.0013 g/kg,Sr,2+,0.0079 g/kg,条件：盐浓度35,Otto Hutzinger Ed The Handbook of Environmental Chemistry,4.天然水体的构成及组成物,Structure and composition,表层,中间层,底层,生物种类,4.天然水体的构成及组成物,表层,中间层,底层,生物种类,污染物,主要部位,表层,中间层,颗粒物和沉积物,生物体,金属,氮、磷化合物,油、脂肪酸,表面活性剂,农药,卤代烃,酚,单环芳烃,多环芳烃,污染物在水中分布的主要部位,