天然水的主要理化性質(zhì)

關(guān)于天然水的主要理化性質(zhì)

在水分子的結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)氫原子核排列成以氧原子核為頂?shù)牡妊切?。從而使氧的一端帶?fù)電荷，氫的一核帶正電荷，因此水分子是一個(gè)極性很強(qiáng)的分子，即氧的一端為負(fù)極，氫一的端為正極。由于水分子在正極一方有兩個(gè)裸露的氫核，在負(fù)極一方有氧的兩對(duì)孤對(duì)電子，這樣就使每一個(gè)水分子都可以把自己的兩個(gè)氫核交出與其他兩個(gè)水分子共有，而同時(shí)氧的兩對(duì)孤對(duì)電子又可以接受第三個(gè)、第四個(gè)氫核，使這五個(gè)水分子之間形成四個(gè)氫鍵，其中每一個(gè)外圍分子又再與另外的分子繼續(xù)生成氫鍵。這種現(xiàn)象稱(chēng)為水分子的締合現(xiàn)象。所以水是單個(gè)分子H2O和（H2O）n的混合物，（H2O）n稱(chēng)為水分子的集聚體或聚合物。

H

104.40

H1.水分子的結(jié)構(gòu)第2頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1.1冰的結(jié)構(gòu)示意圖第3頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、水的特性

（1）水的狀態(tài)水有三態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和汽態(tài)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的融點(diǎn)為0℃，沸點(diǎn)為100℃。第4頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）水的密度

水的密度與溫度關(guān)系和一般物質(zhì)有些不同，一般物質(zhì)的密度隨溫度上升而減小，而水的密度在3.98℃時(shí)最大，為1g/㎝2。高于或低于此溫度時(shí)，水的密度都小于為1g/㎝2。這通常是由水分子之間的締合現(xiàn)象來(lái)解釋?zhuān)丛?.98℃時(shí)，水分子締合后的聚合物結(jié)構(gòu)最密實(shí)，高于或低于3.98℃時(shí)，水的聚合物結(jié)構(gòu)比較疏松。第5頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）水的比熱容

幾乎在所有的液體和固體物質(zhì)中，水的比熱容最大，同時(shí)有很大的蒸發(fā)熱和溶解熱。這是因?yàn)樗訜釙r(shí)，熱量不僅消耗于水溫升高，還消耗于水分子聚合物的解離。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓25℃時(shí)，水的比熱容最小，為4175.8733J/kg·℃，高于或低于25℃時(shí)，水的比熱容都逐漸變大。第6頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天水的比熱容大，因此天熱時(shí)水可以調(diào)節(jié)氣溫，使氣溫變化不至于太劇烈，同時(shí)也因?yàn)樗谋葻崛荽螅顾w溫度變化也較為緩慢第7頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）水的黏度

表示水體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所發(fā)生的內(nèi)摩擦力，其大小與內(nèi)能損失有關(guān)。純水的黏度取決于溫度，與壓力無(wú)關(guān)。在0℃-100℃內(nèi)水的黏度隨溫度的升高而減小。在20℃時(shí)動(dòng)力黏度約為0.001Pa·s,運(yùn)動(dòng)黏度約為0.01㎝2/s第8頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（5）水的沸點(diǎn)與蒸汽壓水的沸點(diǎn)與蒸汽壓力有關(guān)。將水放在一個(gè)密閉容器中，水面上就有一部分動(dòng)能較大的水分子能克服其它水分子的引力，逸出水面進(jìn)入容器上部的空間成為蒸汽，這一過(guò)程稱(chēng)為蒸發(fā)。進(jìn)入容器空間的水分子不斷地運(yùn)動(dòng)，其中一部分水蒸氣分子碰到水面，被水體中的水分子所吸引，又返回到水中，這一過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)。壓力（KPa）沸點(diǎn)（℃）2060.1101.33100500151.71×103179.92×103212.23×103233.74×103250.35×103263.810×103310.918×103356.922.05×103374.3不同壓力下水的沸點(diǎn)第9頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)水的蒸發(fā)速度與水蒸氣的凝結(jié)速度相等時(shí)，水面上的水分子數(shù)量不再改變，即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在溫度一定的情況下，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的蒸汽稱(chēng)為該溫度下的飽和蒸汽，這時(shí)的蒸汽壓力稱(chēng)為飽和蒸汽壓，簡(jiǎn)稱(chēng)蒸汽壓。第10頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)水的溫度升高到一定值，其蒸汽壓力等于外界壓力時(shí)，水就開(kāi)始沸騰，這時(shí)的溫度稱(chēng)為該壓力下的沸點(diǎn)。當(dāng)氣體高于某一溫度時(shí)，不管加多大壓力都不能將氣體液化，這一溫度稱(chēng)為氣體的臨界溫度。在臨界溫度下，使氣體液化的壓力稱(chēng)為臨界壓力。水的臨界溫度為374.3℃，臨界壓力22.05MPa。第11頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（6）水的表面張力在水體內(nèi)部，每個(gè)水分子受其四方相鄰水分子的引力，所以水分子的受力是平衡的。但靠近表面的水分子則受力不平衡，水體內(nèi)部對(duì)它的引力大，外部空氣對(duì)它的引力小，從而使水體表面分子受到一種向內(nèi)的拉力，稱(chēng)為表面張力。水有最大的表面張力，達(dá)到72.75×10-5N/㎝，表現(xiàn)出異常的毛細(xì)、潤(rùn)濕、吸咐等特性。第12頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（7）水的溶解能力水有很大的介電常數(shù)，溶解能力極強(qiáng)，即水分子有較強(qiáng)的極性，極易形成氫鍵，是一種很好的溶劑。水中溶解的各物質(zhì)之間可以進(jìn)行各種反應(yīng)。（第13頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（8）水的電導(dǎo)水是一種很弱的兩性電解質(zhì)，能電離出小量的H+和OH-，所以即使是理想的純水也有一定的導(dǎo)電能力，通常用電導(dǎo)率來(lái)表示。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。電阻率是對(duì)斷面為1㎝×1㎝，長(zhǎng)1㎝體積的水所測(cè)得的電阻，單位是歐姆·厘米（Ω·㎝），電導(dǎo)率的單位是西門(mén)子/厘米（S/㎝或μS/㎝）。純水的電阻率隨溫度的升高而降低。第14頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（9）水的化學(xué)性質(zhì)水能與金屬和非金屬作用放出氫，還能與許多金屬與非金屬的氧化物反應(yīng)，生成堿和酸。第15頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（10）水的體積一般液體都熱脹冷縮，而水則不然，在0-3.98℃內(nèi)，隨著溫度的升高，體積逐漸減小，至3.98℃時(shí)，體積最小，高于或者低于此溫度體積均逐漸變大，0℃結(jié)冰時(shí)體積最大。第16頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

從水的凈化和處理的需要，假定水中的物質(zhì)均呈球形，則按其大小和混合形態(tài)的不同，通常分為三類(lèi)。

懸浮物膠體溶解物質(zhì)天然水體的物質(zhì)組成第17頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、懸浮物是指顆粒直徑約在100nm以上的物質(zhì)微粒。按其微粒的大小和相對(duì)密度的不同，可分為漂浮的、懸浮的和可沉降的。懸浮物在水中很不穩(wěn)定，分布也很不均勻，是一種比較容易除去的物質(zhì)。第18頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、膠體是指顆粒直徑約在1-100nm之間的微粒。主要是鐵、鋁、硅的化合物以及動(dòng)植物有機(jī)體的分解產(chǎn)物、蛋白質(zhì)、脂肪、腐殖質(zhì)等。由于這種顆粒常帶有某些正電荷或負(fù)電荷離子，而呈現(xiàn)出帶電性。天然水體中的粘土顆粒，一般都帶負(fù)電荷，而一些金屬離子的氫氧化物則帶正電荷。膠體顆粒在水中是比較穩(wěn)定的，分布也比較均勻，難以用自然沉降的方法除去。第19頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天天然水體中的懸浮物和膠體顆粒，對(duì)光線(xiàn)有散射效應(yīng)，是造成水體渾濁的主要原因，所以它們是各種用水處理首先清除的對(duì)象。第20頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天是指顆粒直徑小于1nm的顆粒，它們往往以離子、分子或氣體的狀態(tài)存在于水中，成為均勻的分散體系，稱(chēng)為真溶液。這類(lèi)物質(zhì)不能用混凝、沉降、過(guò)濾的方法除去，必須用蒸餾、膜分離或離子交換的方法才能除去。3、溶解物質(zhì)第21頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）呈離子狀態(tài)的物質(zhì)天然水體中含有的主要根子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CI-、SO42-、CO32-等8種離子，另外還有一些生物生成物（氮、磷、鐵、硅的化合物），微量元素和有機(jī)物。（2）呈分子狀態(tài)的氣體（溶解氣體）天然水中常見(jiàn)的溶解氣體有氧氣、二氧化碳和氮?dú)猓袝r(shí)還有硫化氫、二氧化硫和氨等。第22頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天a、氧氣：主要來(lái)源于大氣中氧的溶解，水中藻類(lèi)的光合作用只能產(chǎn)生一部分氧氣。一般情況下地下水的含氧量比地表水低，地表水的含氧量一般在0～14mg/L之間。b、二氧化碳：主要來(lái)源于水中或泥土中有機(jī)物的分解和氧化。因?yàn)榇髿庵械腃O2只占0.03%～0.04%，對(duì)實(shí)際的天然地表水中，CO2的含量一般為20～30mg/L，地下水有時(shí)可達(dá)到幾百毫克，說(shuō)明水中有機(jī)質(zhì)降解時(shí)一方面消耗了氧氣，一方面也產(chǎn)生了CO2，使水中CO2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了與大氣接觸時(shí)的平衡CO2量。第23頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)天然水的主要理化性質(zhì)第24頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天總含鹽量離子總量礦化度鹽度氯度水中可溶性以無(wú)機(jī)鹽為主的物質(zhì)含量之和天然水中主要離子成分含量的總和礦化度是指“蒸干稱(chēng)重法得到的無(wú)機(jī)礦物成分的總量”。（一）天然水含鹽量的參數(shù)離子總量礦化度鹽度＞＞第25頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.離子總量（ST）

定義：指天然水中各種離子的含量之和，常用mg/L、

mmol/L或g/kg、mmol/kg單位表示。以符號(hào)∑C來(lái)表示第26頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天大多數(shù)淡水：八大離子：陽(yáng)離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+

陰離子：HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-第27頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.礦化度

礦化度是水中所含無(wú)機(jī)礦物成份的總量用過(guò)氧化氫氧化后蒸發(fā)，在105～110℃干燥剩余的殘?jiān)?，然后稱(chēng)重（本書(shū)）礦化度離子總量＜第28頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天與水生生物關(guān)系與養(yǎng)魚(yú)生產(chǎn)的關(guān)系與漁汛的關(guān)系（二）含鹽量對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響第29頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

水中一定的含鹽量是保持生物體液一定滲透壓的需要，超過(guò)了生物滲透壓調(diào)節(jié)的能力，生物就會(huì)“渴死”或“脹死”。1.與水生生物關(guān)系

水生生物有一定的適應(yīng)鹽幅第30頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天同一生物不同生長(zhǎng)階段耐鹽能力不同

耐鹽限度不同;

幾種淡水魚(yú)的耐鹽能力次序?yàn)椋翰蒴~(yú)>團(tuán)頭魴>鰱在適宜的鹽度范圍內(nèi)，頻繁的鹽度波動(dòng)對(duì)生長(zhǎng)有影響（鹽度實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意）離子組成不同，耐鹽能力不同第31頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天鹽度對(duì)魚(yú)類(lèi)的影響根據(jù)含鹽量多少對(duì)魚(yú)類(lèi)進(jìn)行分類(lèi):A淡水魚(yú)

B海水魚(yú)根據(jù)魚(yú)類(lèi)對(duì)鹽度的適應(yīng)性來(lái)分:A.狹鹽性魚(yú)類(lèi):海水、淡水(S‰﹤4‰)B.廣鹽性魚(yú)類(lèi)1.決定魚(yú)的生存第32頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天影響精卵子的發(fā)育，親魚(yú)的繁殖(受精率、孵化率)

精子的壽命(水中):四大家魚(yú)50-60秒鯉魚(yú)1.5-3分鐘鱘魚(yú)1-25分鐘3-5‰生理鹽水：四大家魚(yú)115-170秒2.鹽度對(duì)魚(yú)類(lèi)人工繁殖的影響第33頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)天然水的依數(shù)性和透光性

稀溶液的一個(gè)重要特性是依數(shù)性，即稀溶液蒸氣壓下降（ΔP），沸點(diǎn)上升（ΔTb），冰點(diǎn)下降（ΔTf）值等與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，而與溶質(zhì)的本性無(wú)關(guān)。一、天然水的依數(shù)性對(duì)于純?nèi)芤海赫魵鈮合陆郸=K×b

冰點(diǎn)下降Δtf=Kf×b

滲透壓增大Π=(n/V)RT=cRT（見(jiàn)課本）第34頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、天然水的透光性光線(xiàn)在水中的反射、吸收與折射(一)水面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

入射角、反射角、太陽(yáng)高度角，反射率水面對(duì)大氣散射輻射的反射率，大約在5%-10%第35頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.有一定的選擇性2.隨水體深度增大能量衰減快

73%到水面1cm處

36%到1m處

1.4%到100m處

光抑制區(qū)

光適宜區(qū)

光限制區(qū)（二）水對(duì)太陽(yáng)光的吸收特點(diǎn):第36頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天透明度與水的光學(xué)分層光抑制區(qū)（營(yíng)養(yǎng)分解層）：光合作用速率小于呼吸作用速率的水層，有機(jī)物的分解速率大于合成速率，這一水層的植物不能正常生活。光限制層（無(wú)光層）：生物無(wú)法生長(zhǎng)或生長(zhǎng)緩慢。光適宜區(qū)（營(yíng)養(yǎng)生成層）：光合作用速率大于呼吸作用速率的水層，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。第37頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)天然水的導(dǎo)電性一、概念電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，等于電流與電壓的比：電導(dǎo)率：當(dāng)電極面積為1平方厘米，兩電極相距1厘米時(shí)，溶液的電導(dǎo)即為電導(dǎo)率，單位為西門(mén)子每厘米（S/cm）。第38頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

不同離子的導(dǎo)電能力不同。離子組成不固定就不能用電導(dǎo)率儀準(zhǔn)確測(cè)定總含鹽量或鹽度（有地域差異）由于溫度不同，電導(dǎo)率的差異很大，必須校正溫度的影響。用電導(dǎo)率儀直接測(cè)定鹽度的準(zhǔn)確度不高，專(zhuān)用電導(dǎo)鹽度計(jì)除外。電導(dǎo)率第39頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天

同一鹽度的海水，溫度升高電導(dǎo)率增加，近于直線(xiàn)關(guān)系。式中數(shù)（二.天然水的電導(dǎo)率電導(dǎo)率與溶液所含離子種類(lèi)和濃度、溫度與壓力有關(guān)。圖1－5溫度對(duì)海水電導(dǎo)率的影響第40頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、天然水的密度（一）純水的密度天然水的密度：?jiǎn)挝惑w積水體所具有的質(zhì)量，用表示第41頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天第42頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天第五節(jié)水的流轉(zhuǎn)混合與水體的溫度分布

風(fēng)力渦動(dòng)混合作用密度引起的對(duì)流混合作用流水狀態(tài)人為機(jī)械攪動(dòng)一、水的流轉(zhuǎn)混合作用第43頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.天然水的流轉(zhuǎn)混合作用風(fēng)力的渦動(dòng)混合溫度引起的密度對(duì)流第44頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.風(fēng)力的渦動(dòng)混合

風(fēng)力越大，渦動(dòng)混合作用越強(qiáng)烈；水面開(kāi)闊深度淺的水體，較易混合徹底。

上下密度差越大，水越深，風(fēng)力使水混合所需做的功也越大第45頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.水的密度環(huán)流當(dāng)表層水密度增大，或底層水密度減少時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)“上重下輕”的狀態(tài)，密度大的水要下沉，密度小的水要上升，這就形成了上下水團(tuán)的對(duì)流混合（環(huán)流）。

水溫在密度最大的溫度以上：熱脹冷縮水溫在密度最大的溫度以下：熱縮冷脹第46頁(yè),共53頁(yè)，2024年2月25日，星期天二.水體的溫度分布

開(kāi)闊的水體，差別不大。岸邊淺水區(qū)與中心區(qū)的水溫可能有所不同；養(yǎng)魚(yú)池水溫的水平分布受風(fēng)力影響，使上、下風(fēng)處水溫明顯不同。水溫的水平分布水溫的垂直分布

水溫的垂直分布有明顯的季節(jié)特點(diǎn)；在我國(guó)北方地區(qū)，夏季是正分布；冬季形成水溫的逆分布；春、秋季節(jié)全同溫。第47頁(yè),共53頁(yè)，20