水分子结构天然水基本特征

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1、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

2、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+--+-+OHH++—(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，

3、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

4、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T

5、216O、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。二、天然水的基本特征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。

6、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-SO42Cl-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-、PO4

7、3-、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，对于一些苦水或咸水地区，地下水中Na+、HCO3-含量较高；河水中所含有的部分Na+和大部分的Ca2+主要分别来源于硅酸盐和碳酸盐的风化、溶解；水中所含有的SO42-主要来自硫化物矿物和硫酸盐矿物（如石膏）的溶解。矿化过程和矿化度矿化过程：天然水中主要离子成分的形成过程，称为矿化过程；矿化度：矿化过程中进入天然

8、水体中的离子成分的总量，以溶解总固体（TDS-TotaldissolvedSolid）表示一般天然水中的TDS可以表示为：TDS=[Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+CO32-+NO3-+PO43-]经常，近似地天然水中常见主要离子总量可以粗略地作