环境化学13重金属在土壤环境中的迁移转化复习进程

perspective [M]. Oxford University Press, 2000 Manahan, S.E. Environmental Chemistry[M]. Lewis publishers (第七
版), 1999
土壤环境化学篇
土壤是自然环境要素的重要组成之一，它是处在岩石 圈最外面的一层疏松的部分，具有支持植物和微生物生长 繁殖的能力，被称为土壤圈。土壤圈是处于大气圈、岩石 圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是联系有机界和无机 界的中心环节。它与地球的直径相比，只不过相当于一张 薄纸，但它是农业生产的基础，是人类生活的一项极其宝 贵的自然资源。土壤还具有同化和代谢外界进入土壤的物 质的能力，所以土壤又是保护环境的重要净化剂。这就是 土壤的两个重要的功能。
第十三章 重金属在土壤环境中的迁移转化
土壤重金属污染 土壤植物系统中重金属的归趋
土壤环境容量
第一节 土壤重金属污染
一、概念
土壤重金属元 素的积累浓度
超过了作物需要 和耐受的程度
作物生长未受害
植物出现毒害
产品中某种重金 属含量超标，危 害人畜
二、主要元素 汞、镉、铅、铬、砷；-----生物毒性显著元素 锌、铜、镍；------必需元素
三、特点 （1）不能被微生物降解。
（2）可在土壤中不断积累。
（3）可被生物富集并通过食物链在人体积累，并最终危 害人体健康。 （4）可迁移到地表水、地下水。 （5）通过扬尘污染大气。
第二节 土壤—植物系统中重金属的归趋
一、主要归趋
1、积累在土壤表层 2、迁移至地表水或地下水 3、迁移至植物体
二、影响重金属在土壤表层积累的因素
pH条件对土壤中汞的沉淀-溶解过程的效应 1、土壤pH小于2.2时，土壤中汞主要呈溶解状态 2、土壤pH在2.2-3.8时，溶解态的Hg 2+可转化为HgOH+ 3、土壤pH在6.0时，反应向Hg(OH)2沉淀方向转化。
4、氧化还原反应 CdS→ CdSO4 可溶性↑
Cd
ppb
6
pH5
的
浓 度
4
pH8
环 境 科 学 与 工 程 专 业
Environmental Chemistry —Chemistry is all around us
主要参考书目
王晓蓉. 环境化学[M]. 南京大学出版社，1997 戴树桂. 环境化学[M]. 高教出版社，2006 刘绮. 环境化学[M]. 化学工业出版社，2004 赵美萍，邵敏. 环境化学[M]. 北京大学出版社，2005 邓南圣，吴峰. 环境化学教程[M]. 武汉大学出版社(第二版) ，2006 Valoon G.W., Duffy S.J. Environmental Chemistry: A global
无机胶体：胶体的结构、电荷密度分布
矿物 类型
化学分子式
CEC （cmol/k
g）
表面积 (×103m3/kg)
pH依 变电荷
胶体 活性
高岭石 蒙脱石 蛭石 云母 绿泥石 水铝英石
1:1 2:1 2:1 2:1 2:1:1 --
Al2Si2O5(OH)4 Nax[(Al2-xMgx)Si4O10(OH)2] Nax[Mg3(Si4-xAlx)O10(OH)2] Kx[Al2(Si4-xAlx)O10(OH)2]
1、土壤胶体的吸附 2、配位作用 3、沉淀-溶解作用 4、氧化-还原作用
1、土壤胶体的吸附
金属离子性质的影响：阳离子价数↑，吸附↑；
离子半径大，水化半径小，吸附↑ 土壤胶体性质的影响：
有机胶体属无定形胶体，比表面大吸附容量一般比无机胶体大，吸 附容量为150-700cmol/kg，平均300-400cmol/kg 有机胶体对金属离子吸附的顺序为：Pb2+>Cu2+>Cd2+> Zn2+>Hg2+
lgKº
20.96 15.93 21.05 28.19 26.35 24.08 29.91 16.14 21.83
3、沉淀溶解作用（结合环境Eh、pH等的变化）
（1）Eh 对于Cr、V：Eh↑，形成阴离子状态(酸根)，溶解性↑ 对于Fe、Mn：Eh↑，形成高价难溶化合物
（2）pH 酸度高，则金属离子浓度高
HgI2(s)←→HgI20 lgKº= -4.55
lgKº
化学反应式
-3.04 -21.41 6.76 14.05 14.47 27.77 29.79 9.74 19.69
Hg2++4Br -←→[HgBr4]2Hg2++Br -+Cl -←→[HgBrCl]0 Hg2++Br -+I-←→[HgBrI] 0 Hg2++Br -+3I-←→[HgBrI3] 2Hg2++2Br -+2I-←→[HgBr2I2]2Hg2++3Br -+I-←→[HgBr3I]2Hg2++2S2O32-←→[Hg(S2O3)2] 2Hg2++2CNS-←→[Hg(CNS)2]0 Hg2++H2Y2-←→HgY2-+2H+
（
2
）
0 -200 0 200 400 氧化还原电位(mv)
Ce(OH)4 → Ce3+ 可溶性↓
三、重金属元素在土壤—植物体系中的积累和wenku.baidu.com移 1、主要取决于根的吸收
根细胞主要吸收可溶态与可交换态
[AlMg2(OH)6]x[Mg3(Si4-xAlx)O10(OH)2]
SixAl y(OH)4x+3y
10-100 800-1200 1200-1500 200-400 200-400 100-150
10-20 600-800 600-800 70-120 70-160 70-300
大范围 低 小范围 极大 小范围 高 中等 中等 大范围 中等 大范围 中等
2、配位作用 （1）形成配位离子发生迁移（使沉淀溶解） （2）夺取表面积累的金属（减弱土壤胶体的吸附） 作用大小取决于所形成配合物的可溶性
化学反应式
Hg2++H2O←→[HgOH]++H+ Hg2++3H2O←→[Hg(OH)3]-+H+ Hg2++Cl -←→[HgCl]+ Hg2++3Cl -←→[HgCl3]Hg2++4Cl -←→[HgCl4]2Hg2++3I -←→[HgI3]Hg2++4I -←→[HgI4]2Hg2++Br -←→[HgBr]+ Hg2++3Br -←→[HgBr3]-