天然水的理化特性

1、三、水的異常特性1 相對(duì)較高的溶點(diǎn)（0）和沸點(diǎn)（100 ）2 溫度-體積效應(yīng)異常 在3.98時(shí)，水的密度最大，高于或低于這一溫度時(shí)其密度都較小。因此，當(dāng)水凝結(jié)成冰時(shí)，體積膨脹而變輕，固態(tài)的水（冰）的密度小于液態(tài)水。 這一性質(zhì)有重大的生物學(xué)意義，因?yàn)槎咀匀凰w結(jié)冰時(shí)，冰浮于水面，從而保護(hù)了數(shù)以萬計(jì)的水下生物物種的生存。3 熱容量大 在所有的固體和液體中，水具有最大的比熱。因此在范圍較大的天然水體中可以調(diào)節(jié)氣溫，使其變化幅度不致于過大。 水的溶解熱和蒸發(fā)熱也很大，這使冰在融化過程中溫度保持在冰點(diǎn)，而當(dāng)水沸騰時(shí)，溫度保持在沸點(diǎn)。這是水的特有現(xiàn)象。4 溶解及反應(yīng)能力較強(qiáng) 由于水分子的極性強(qiáng)，因此物質(zhì)

2、在水中，可以通過靜電引力或配位鍵與水分子結(jié)合，是性能優(yōu)良的溶劑，特別是對(duì)固體電解質(zhì)的溶解。 水可以同溶質(zhì)發(fā)生各種反應(yīng)，如金屬氧化物、非金屬氧化物以及活潑金屬等。5 是弱的電解質(zhì) 在常溫下水微弱地電離，是一切化學(xué)反應(yīng)十分理想的介質(zhì)。6 具有很大的表面張力 在常溫下的所有液體中，水的表面張力僅次于汞，有很強(qiáng)的毛細(xì)、潤(rùn)濕和吸附作用，這對(duì)于陸地及水域的生物均具有重大意義。第3節(jié) 天然水的主要理化性質(zhì)天然水與純水的區(qū)別： （1）由于水具有較強(qiáng)的溶解和反應(yīng)能力，所以天然水都是一種溶液。 例如海水是含有2.5-3.7%鹽分的中等濃度的強(qiáng)電解質(zhì)溶液。 （2）溶質(zhì)與水結(jié)合后，在一定程度上會(huì)改變水的結(jié)構(gòu)。 （3）

3、天然水中存在種類繁多的水生生物和組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的無機(jī)懸浮物。一、天然水的含鹽量和海水鹽度 大多數(shù)淡水，鹽分一般包括4種陽離子（Ca2+、Mg2+、Na+、K+）和4種陰離子（HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-）； 海水中除上述離子外，還包括Sr2+ (鍶) 、 Br- (溴)、F-、 H3BO3 （H2BO3-）(硼)等。1、天然水的總含鹽量 指天然水中含有可溶性無機(jī)鹽為主的物質(zhì)總量，以S表示，是判定天然水性質(zhì)的依據(jù)。 含鹽量與水的許多其他性質(zhì)有關(guān)，如化學(xué)成分的含量、密度、比重、導(dǎo)電性、對(duì)光的折射、對(duì)聲波的傳播等。含鹽量也影響天然水的生態(tài)學(xué)性質(zhì)和水的可利用價(jià)值，是天然水的一項(xiàng)重要水質(zhì)指標(biāo)

4、。（1）離子總量 天然水中主要離子成份含量總和占總含鹽量的99.9%以上，因此天然水中離子總量可近似表示總含鹽量： S =Ci ， Ci代表i離子的濃度，常用mg/L、mmol/L（淡水）或g/kg、mmol/kg（海水）表示。（2）總?cè)芙夤腆w（TDS，礦化度）? 總?cè)芙夤腆w是水中溶解成分（包括離子、分子、化合物、配合物，不含懸浮物和氣體）的總量，是反映水中含鹽量的一個(gè)指標(biāo)。 TDS的測(cè)定通常采用105110蒸干后稱重的方法。 可依據(jù)TDS對(duì)地下水質(zhì)進(jìn)行劃分：TDS50g/L為淡水?.2、海水的鹽度 鹽度：反映海水含鹽量的指標(biāo)，指1kg海水中的溴和碘全部被等當(dāng)量的氯置換，而且所有碳酸鹽都轉(zhuǎn)換為

5、氧化物，所有的有機(jī)物均已氧化之后的全體固體物質(zhì)的總克數(shù)，單位g/kg，用符號(hào)S或S表示。 氯度（1902年） ：1kg海水中的溴和碘由等當(dāng)量的氯置換之后所含有的氯的克數(shù)。單位是g/kg，用符號(hào)Cl或Cl表示。 氯度（1940年） ：沉淀0.3285234kg海水中全部鹵素(氟氯溴碘砹)離子所需純標(biāo)準(zhǔn)銀(原子量銀)的克數(shù)。 鹽度和氯度的關(guān)系：S=1.80655 Cl 海水鹽度和總含鹽量：海水的鹽度值略低于總含鹽量， S與氯度（ Cl ）及鹽度（ S ）的關(guān)系分別為 ： S=1.81578 Cl (g/kg) S=1.005109 S (g/kg) “海水組成的恒定性原理”（第6章）3、含鹽量對(duì)水

6、產(chǎn)養(yǎng)殖的影響 原因：天然水的含鹽量相差懸殊；水生生物對(duì)水的含鹽量有一定的適應(yīng)范圍，不同種類生物的適應(yīng)范圍不同。（1）對(duì)淡水魚的影響 淡水魚類只能生活在含適量鹽分的水中，不同魚類或同一種魚類的不同生長(zhǎng)階段所能適應(yīng)的含鹽量的范圍是不同的。 例如，鰱、鳙魚苗的耐鹽上限為2.5g/L左右；鰱魚的仔魚期為56g/L，成魚約為810g/L，草魚耐鹽性較鰱魚強(qiáng)，草魚的仔魚期耐鹽上限為68g/L，成魚為1012 g/L；鱒魚成魚的耐鹽限度可達(dá)30 g/L。 幾種淡水魚的耐鹽能力次序?yàn)椋翰蒴~團(tuán)頭魴鰱。 （2）對(duì)海水水產(chǎn)生物的影響 海水魚在鹽度過低的水中會(huì)死亡。但是有一類廣鹽性生物，對(duì)滲透壓的調(diào)節(jié)能力很強(qiáng)，可經(jīng)過

7、馴化適應(yīng)含鹽量不同的水。 例如,羅非魚本來生長(zhǎng)在淡水的種類可以在海水中生長(zhǎng)；花鱸、美國(guó)紅魚、中國(guó)對(duì)蝦等本來生活在海水中，可以在接近淡水的水中生長(zhǎng)；河蟹則要在海水中產(chǎn)卵、孵化、發(fā)育，到大眼幼體后，到淡水中變成仔蟹、生長(zhǎng)、成熟。（3）鹽分組成對(duì)水產(chǎn)生物的影響 魚的耐鹽限度同鹽分的組成有關(guān)。如含HCO3-、CO32-較多的水，含K+較多的水，許多生物及魚的鹽度耐受極限顯著降低。 河蟹與羅氏沼蝦育苗是在海水中進(jìn)行。為防病害，常用鹽鹵或地下水配制人工海水，這時(shí)不僅要滿足總鹽量的要求，還需使Ca2+、Mg2+離子含量符合下列要求： 河蟹： Ca2+484816mg/L，Mg2+178340mg/L； 羅氏

8、沼蝦：Ca2+300440mg/L，Mg2+170244mg/L。3、透明度 透明度常用來反映可見光在水中的衰減狀況。清澈的海水與湖水，透明度可達(dá)十多米；透明度小的池水只有2030cm；渾濁的黃河水，透明度只有12cm。一般認(rèn)為，在透明度深處的照度，只有表層照度的15%左右。4、補(bǔ)償深度、補(bǔ)償深度 補(bǔ)償深度：是指有機(jī)物的分解速率等于合成速率的水層深度。約位于透明度的22.5倍深處。與日變化、天氣狀況、水溫和藻類組成等因素有關(guān)。 真光層：又稱營(yíng)養(yǎng)生成層，指光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率的水層。在這水層中植物光合作用合成的有機(jī)物多于呼吸作用消耗的有機(jī)物，有機(jī)物的凈合成大于零。 營(yíng)養(yǎng)分解層：

9、光照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水層，這一水層的植物不能正常生活，有機(jī)物的分解速率大于合成速率。 三、三、 天然水的依數(shù)性天然水的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性：是指稀溶液蒸氣壓下降（p），沸點(diǎn)上升（tb），冰點(diǎn)下降（tf）值都與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。對(duì)于海水，“含鹽量越大，水的蒸氣壓降低，沸點(diǎn)上升和冰點(diǎn)下降的量也越大”的這一性質(zhì)是成立的。四、天然水的電導(dǎo)率四、天然水的電導(dǎo)率 純水的導(dǎo)電性小。天然水的導(dǎo)電能力主要是由水中溶解的電解質(zhì)電離的離子貢獻(xiàn)的。在水化學(xué)中常用電導(dǎo)法測(cè)定天然水的總含鹽量及海水鹽度。1、天然淡水的電導(dǎo)率、天然淡水的電導(dǎo)率 天然淡水的導(dǎo)電率與水中離子

10、總量（正比）、離子的種類以及溫度（正比）有關(guān)。 同一鹽度的海水，溫度每升高1C，電導(dǎo)率增加2.2%；天然淡水的電導(dǎo)率變化于50-500s/cm；高礦化度水體可達(dá)500-1000 s/cm。2、海水的電導(dǎo)率、海水的電導(dǎo)率 在1個(gè)大氣壓下，在海洋溫度范圍內(nèi)，海水的電導(dǎo)率與鹽度成正比例；同一鹽度的海水，0C時(shí)溫度每增加1C，電導(dǎo)率增加3%，20C時(shí)溫度每增加1C，電導(dǎo)率增加2% 。鹽度溫度6 5 4 3 2 1 5 10 15 20 2540%30%20%10%3、海水電導(dǎo)率與鹽度的關(guān)系、海水電導(dǎo)率與鹽度的關(guān)系 1982年定義海水鹽度為： S = ai R 15i/2 （i=0-5） S為海水的實(shí)用

11、鹽度；R15是在15C和1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，海水樣品的電導(dǎo)率和質(zhì)量比為0.0324356的KCl溶液的電導(dǎo)率的比值。 a0=0.0080 ；a1= -0.1692；a2=25.3851； a3=14.0941；a4= -7.0261；a5= 2.7081 天然水的電導(dǎo)率除用于研究水體的S和S外，還用于研究水生生物的呼吸作用及光合作用等生物化學(xué)過程。五、電解質(zhì)水溶液中的離子（略）五、電解質(zhì)水溶液中的離子（略） 天然水中的溶質(zhì)大多為強(qiáng)電解質(zhì)，在水中以離子形式存在，因此需研究水溶液中的離子狀態(tài)。1、溶質(zhì)離子對(duì)液態(tài)水結(jié)構(gòu)的影響 溶劑化作用；電解質(zhì)溶液中，溶質(zhì)離子與溶劑分子之間劇烈的相互作用。 水合作用的概

12、念與舉例。 A區(qū)域：水分子在離子附近定向的區(qū)域B區(qū)域：水結(jié)構(gòu)達(dá)到破壞的區(qū)域C區(qū)域：保持水構(gòu)造的區(qū)域+ABC電縛水分子 離子半徑越小、離子電荷越高，A區(qū)域就越厚，B區(qū)域反而有變小的趨勢(shì)。 促成結(jié)構(gòu)離子：離子半徑小，A區(qū)域大，B區(qū)域小，從整體上看，離子周圍的結(jié)構(gòu)是明確的，這樣的離子稱為促成結(jié)構(gòu)離子。如Mg2+、Na+、SO42-等； 破壞結(jié)構(gòu)離子：離子半徑大，A區(qū)域小，B區(qū)域大，破壞了水的結(jié)構(gòu)，這樣的離子稱為破壞結(jié)構(gòu)離子。如K+、Cl-對(duì)結(jié)構(gòu)稍有破壞性，NO2-、ClO4-等大離子屬于強(qiáng)的破壞結(jié)構(gòu)離子。2、離子間的相互作用 水溶液中，離子間存在庫(kù)侖力。天然淡水中，離子間距離大，庫(kù)侖力小，離子分布無

13、秩序；濃溶液（如海水）中，離子距離小，已經(jīng)（部分已經(jīng)）秩序化了。 天然淡水屬于稀溶液的范疇，具有普通水結(jié)構(gòu)的水分子較多；而海水中離子濃度高，具普通水結(jié)構(gòu)的水分子少。 如鹽度為35的1kg海水中，僅有1/3的水分子具有普通水的結(jié)構(gòu)。六、離子活度和離子強(qiáng)度（簡(jiǎn)）六、離子活度和離子強(qiáng)度（簡(jiǎn)） 天然水是強(qiáng)電解質(zhì)溶液，在靜電作用力的影響下，每一個(gè)中心離子（溶液中的任何離子都可以被當(dāng)作中心離子）表觀上被異號(hào)離子所包圍，形成了離子氛。在溶液中，中心粒子的運(yùn)動(dòng)必然會(huì)受到其周圍離子氛中異號(hào)粒子的吸引，使它的運(yùn)動(dòng)受到牽制。研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)這種牽制作用產(chǎn)生影響的因素包括溶液中各種離子的濃度以及溶液中全部離子電荷所形成的

14、靜電場(chǎng)的強(qiáng)度有關(guān)。1、離子活度 由于離子氛的存在，溶液中離子的活動(dòng)性有所降低。此時(shí)如果用溶液中離子的濃度代入有關(guān)化學(xué)平衡的基本公式中進(jìn)行計(jì)算，其所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)很大偏差。為了使計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，必須對(duì)溶液中離子的濃度進(jìn)行校正。而校正后的濃度稱為離子的有效濃度，又稱離子的活度（）。 離子的活度等于離子的真實(shí)濃度c乘以校正系數(shù)。一般情況下1。 單種離子活度與活度系數(shù)是無法測(cè)定的。通過實(shí)驗(yàn)只能測(cè)定電解質(zhì)的平均離子活度與平均離子活度系數(shù)。 單種離子的活度與活度系數(shù)是利用一些假設(shè)條件計(jì)算的，比如KCl中的K+與Cl-電子層結(jié)構(gòu)與離子半徑很接近，可假設(shè)它們的活度相等，活度系數(shù)也相等，這樣就有了單種離子的活度系數(shù)。 NaCl2= Na。 Cl NaCl2= Na。 Cl2、離子強(qiáng)度 在溶液中，中心離子的運(yùn)動(dòng)不僅受到溶液離子活度的影響，各種離子的離子價(jià)對(duì)中心離子的運(yùn)動(dòng)也有影響。 根據(jù)這一特性，提出了電解質(zhì)溶液離子強(qiáng)度的概念，其定義式為： I=1/2 （CiZi2） 式中：I為溶液的離子強(qiáng)度；Ci為溶液中第 i 種離子的濃度；Zi 為其離子價(jià)。 概念：離子氛、離子活度、離子強(qiáng)度 離子強(qiáng)度：是某一溶液的整體特征值，代表了全部離子的濃度和電荷值兩種因素，綜合地反映出溶液中各種離子對(duì)其中一種離子的活度產(chǎn)生影響的強(qiáng)弱程度。 在實(shí)際應(yīng)用中