第二章水化学成分组成
食品化学：水分
第二节 水和冰的性质和结构
一、水和冰的物理性质
部分氢化物的物理性质 氢化物 CH4 NH3 H2S H2O HF 熔点（℃） -184 -78 -86 0 -92 沸点（℃） -161 -33 -61 100 19 蒸发热（ J/mol） 9210960 23027400 18673128 40821300 30144960
92
90 87 87
香蕉
鸡 肉 面包
75
70 65 35
奶油
稻米、面 粉 奶粉 酥油
16
12 4 0
表1 食 奶油 乳酪 鲜奶油 乳粉 液体乳制品 冰淇淋和冰糕 鳄梨 豆（青刀豆） 浆果 柑橘 黄瓜 干水果 新鲜水果（可食部分） 豆类（干） 马铃薯 红薯 芹菜、萝卜 品 水分含量 (%) 15 40~75 60~70 4 87~91 65 65 67 81~90 86~89 96 ≤ 25 90 10~12 78 69 79
在大多数新鲜食品中，水是最重要的成分，若希望 长期贮藏这类食品，只要采取有效的贮藏方法控制 水分就能够延长保藏期。 无论采用普通方法脱水或是低温冷冻干燥脱水，食 品和生物材料的固有特性都会发生很大的变化， 都无法使脱水食品恢复到它原来状态（复水或解 冻）。 因此研究水和食品的关系是食品科学的重要内容之 一，对食品的储藏有重要的意义。
三、水的缔合作用
水分子中的氧原子电负性大， O—H键的 电子对强烈的偏向氧原子一边，使氢原子 带有部分正电荷。 氢原子无内层电子，几乎是一个裸露的质 子，极易与另一个水分子中的氧原子的孤 对电子通过静电引力形成氢键。
温 0℃ 0.99984 1.793×10-3 75.64×10-3 0.6113 4.2176 0.5610 1.3×10-7 87.90
水化学第二章_天然水的主要理化性质
透明度与水的光学分层
人们把光照充足，光合作用速率大于呼吸作用速率 的水层，称为真光层。在这水层中植物光合作用合 成的有机物多于呼吸作用消耗的有机物，有机物的 净合成大于零，这一水层又称为营养生成层。而光 照不足，光合作用速率小于呼吸作用速率的水层， 称为营养分解层，这一水层的植物不能正常生活， 有机物的分解速率大于合成速率。而有机物的分解 速率等于合成速率的水层深度称为补偿深度。不同 光照条件下，补偿深度不同。同时，补偿深度还与 水温、藻类种类组成等因素有关。北方冬季冰下浮 游植物多由适低温、弱光照的种类组成，水温又很 低，因而补偿深度较大，有时可达1.52m（雷衍之， 1985）。
水是最常见的物质，但它有许多异常特性。 见表1。水的特性与 水的分子结构相关。水分子有呈四面体结构的倾向， 是具有很大偶极 矩的极性分子。这样的一个水分子就有可能通过正、负电间静电引力 与邻近的四个水分子以氢键相联系见图1。分子间氢键力大小为 18.81kJ/mol，约为O—H共价键的1/20，冰溶化成水或水挥发成水汽， 都首先需要外界供能破坏这些氢键。当冰开始熔化成水时，冰的疏松 的三维氢键结构中约有15％氢键断裂，晶体结构崩溃，体积缩小而密 度增大。如果有更多热能输入体系，将引起下述两方面的作用： 1.更多氢键破裂，结构进一步分崩离析，密度进一步增大； 2.体系温度升高，分子动能增加，由于分子振动加剧，而每一分 子占据更大体积空间，所以这一因素又使密度趋于减小。 上述两因素随温度升高而相互消长的结果，使淡水在3.98℃时有 最大密度。这种情况对水生生物越冬生活具有特别重要意义。
第二章天然水主要离子化学
第一节 天然水成分的一般组成 第二节 几种离子在天然水中的化学行为 第三节 水环境化学研究方法 第四节 天然水分类 第五节 天然水的pH值、酸度和碱度
第一节 天然水成分的一般组成
• 天然水的化学成分指存在于水中各种元素的 离子、原子、分子、溶解和未溶解的气体成 分、天然和人工的同位素、复杂有机化合物、 活的或死的微生物（细菌）以及不同成分的 机械和胶体物质等。
Ca2 主要来源于石灰岩、铝硅酸盐、石膏；Mg 2 主要来源于白云岩、泥灰岩及基性岩等含镁较高 的岩石。通过淋溶作用进入水体。
二 天然水的一般成分
Na + 、 K + 广泛存在于天然水中， Na+ 与 Cl-相似，表征高矿化 水的主要阳离子，浓度可达几克，K + 很少，其含量一般只有钠 的 4%—10%。 Na + 、 K + 主要来自海相和陆相沉积中的钠盐钾 盐矿床及铝硅酸盐中各种长石这些矿物岩石经风化淋溶使 Na + 、 K + 进入水相并随水迁移。在迁移过程中某些钾化合物 被土壤胶体团粒吸附，并保存起来供植物吸收，土壤中保存的 钾与钠多得多，钾被植物吸收的量远超过钠，故有比较多的 Na+ 输入江河湖海，使水中 Na + 比 K + 含量大得多。
二 天然水的一般成分
生物成因物质主要是氮磷等物质，在天然水中氮
既可呈无机化合物态，又可呈现有机化合物状态，
含氮无机化合物有
NH
4
、
NO2
和
NO3
，这些离子间可
相互转化。氮的有机化合物主要指生物体由于有机氮化合物分解进入水中的。
磷化合物呈溶液状态的主要是
第二节 几种离子在天然水中 的化学行为
食品化学02第二章 水
第二章 水
第一节 引言 第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平
持水力（water holding capacity）： 由分子（通常是以低浓度存在的大分子）构
成的基体通过物理方式截留大量水而阻止水渗出 的能力。
第二节 水和溶质的相互作用
一 宏观水平 二 分子水平
溶质和水的混合同时改变了溶质和水的性质 亲水溶质会改变邻近水分子的结构和流动性。 水会改变亲水溶质的反应性，甚至改变其结构。
二 分子水平
① 化合水 是与非水物质结合的最牢固的水，这些水是构成非水物
质结构的一部分。 ② 邻近水
处于非水组分亲水性最强的基团周围的第一层位置。是 水与离子或偶极缔合的这部分水。 ③ 多层水
占据邻近水剩余的位置和邻近水外层的几个水层，少量 水在-40℃可结冰，可溶解极少量的溶质。
二 分子水平
1 结合水： 2 体相水：具有类似纯水的性质，易结冰，能作
（P0-P）/ P0=n2/(n1+n2) P：食品在密闭容器中达到平衡时，水的蒸汽压 P0：同温度下纯水的饱和蒸汽压。 n1：溶剂的摩尔数 n2：溶质的摩尔数 上式仅适用理想溶液，电解质溶液误差很大。
第三节 水分活度与食品的稳定性
一 水分活度（Water Activity） 二 水分活度与温度的关系
键，形成四面体结构些不寻常的 性质?例如，高沸点.
由于每个水分子具有相同数目的氢 键供体和受体部位，它们可以形成
三维氢键，因此，每个水分子最多
2 水密度在4℃左右变化的原因?
能与其它4个水分子形成氢键，形成 四面体结构。
3 一些溶质溶于水后，为何水 的流动性会发生变化？
4 在中等至高水分含量食品中反 应速度随Aw提高而下降的原因 可能是?
第二章水化学成分组成
第二章 水化学成分组成
主讲：杨军耀
太原理工大学水利科学与工程学院
第一节 天然水的化学特征
1、大气降水的成分特征 2、海水的成分特征 3、河水的成分特征 4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征
第二节 元素的水化学特征
一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。
这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作 用程度。 2、水中存在形态与控制因素
Ca2+，Mg2+在水中行为受CO2影响极大，碳酸平衡控制了 它们的溶解，沉淀或过饱和状态。它们在水中的简单络合离 子形式为： Ca2+ 、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、 CaCl+、CaOH+， Mg2+ 、MgHCO3+、MgSO40、MgCO30、 MgCl+、MgOH+、 MgF+ 、 MgCl20 。
水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制。 据文献资料，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值 小于10mg/L，实测值约27mg/L。
在大多的天然水中(pH=6～9)，水中铝浓度常小于1mg/L，有 时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中 铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。
所以NH4+、NO3-、NO2- 的伴生可以作为污染的指标，在未污 染的天然水中， NO3- 一般都小于30mg/L，但在受污染的水中， 其含量从几十mg/L到几千mg/L。我国的陕西、河南一些“肥 水”NO3-可达4000mg/L以上。
水文地球化学-第六讲
水文地球化学基础Hydrogeochemistry第二部分：水化学基础第二部分水化学基础—地下水的化学组成地下水的化学组成1水的结构与性质2地下水的化学成分3水质指标4水化学数据处理构1水的结构与性质水的体积变化与压强的关系学2地下水的化学成分0 课前回顾0课前回顾水的结构O（16O、17O、18O）水分子的种类：H（H、D、T）16O占绝对优势，即：H2O共9 种类型，H几种重要的水分子16O，重水，核反应堆的中子减速剂D18O，重氧水，水解反应示踪剂HO，氚水，示踪剂、测定地下水年龄T极性V型结构，H-O键夹角104.5度，电子分布不均匀水分子间通过静电引力（氢键）相互缔合，巨大分子团液态水处于结晶态-液态的过渡态水的某些异常性质及意义温度、压力对水的性质的影响-物理性质、溶解性质、pH、……0 课前回顾0课前回顾水的组成复杂的溶液，80/93元素，无机/有机/气体/重金属/微生物颗粒大小真溶液，分子-离子，D<10-9m胶体，D=10-9——10-7m悬浮液，D<10-7m无机组分宏量组分，C>5mg/L微量组分, C=0.01-1mg/L痕量组分，C<0.01mg/L0课前回顾0 课前回顾水的组成有机物，ppb、ppt级20025/1200种类多，多万，万个配方年，饮水中已发现种地下水中，发现175种，总化学物质200多种C、H、O组成的98.5%，主要是卤代烃，疏水性有机物气体大气来源，O2、N2、CO2及惰性气体CO岩层生物化学作用, CO2、H2S、H2、CH4、CO、N2、NH3等岩层变质作用，还包括HCl、HF、SO2等放射性衰变：Rn、He、Ne、Ar等微生物细菌、真菌、藻类0≥1000m,-n-90℃，黑暗环境C、N、S等生物转化、有机物降解、重金属的催化3水质指标3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位质量浓度mg/L(ppm)，μg/L （ppb ），ng/L （ppt ）mg/kg(ppm)，μg/kg （ppb ），ng/kg （ppt ）摩尔浓度，mol/L （M ），mol/kg(m)摩尔浓度=单位溶液中溶质的摩尔数溶质的摩尔数=质量/摩尔质量摩尔质量=溶质的原子量或分子量Mole Fraction 摩尔分数（Mole Fraction ）适用于固溶体、非水溶相液体（NAPL ）的混合物中摩尔数（若A 和B 的混合物中，A 的摩尔分数=A 摩尔数：（A 摩尔数+B 摩尔数）1LH2O=55.56mol/L3-1水化学成分的浓度单位3 水化学成分的浓度单位当量浓度（Equivalents or Normality），NEquivalents or Normality）克当量浓度=单位体积溶液中溶质的克当量数=eq or meq克当量数质量/克当量，eq or meq克当量离子：原子量或分子量/离子的价态酸：分子量/酸分子中被金属置换的氢原子数碱：分子量/碱分子中所含氢氧根数碱分碱分所含氢氧数盐：分子量/结合为酸或碱所要的H+或OH-数量CO3的就是2，NaHCO3是1如：Na金属氧化物：分子量/参加氧化还原的金属得失的电子数Cr2O7应该是6N如：1mol/L的K转换N=M×离子的价态练习题水中计算其摩尔浓度和当浓度1、水中SO42-的浓度为96.0mg/L, 计算其摩尔浓度和当量浓度5压力下密度为1020g/mL200gCaCl 2、在25、10Pa压力下，密度为1.020g/mL含2.00gCaCl2/L的溶液，计算体积摩尔浓度、当量浓度和质量浓度3、在Ca-MgCO3固溶体中，含有质量分数为5%的Mg，计算MgCO3在该固溶体中的摩尔分数Assume the background concentration of dissolved oxygen (DO) is 5 ppb in the above aquifer. Further assume the aquifer is 10,000 m long, 1000 m wide and 100 m thick.1) What’s is the total amount of DO in the aquifer?2) What is the mass flux of DO across the right face?3-2 地下水环境特征的主要参数☐1 pH值⏹它表示水中氢离子摩尔浓度（活度）的负对数值⏹衡量地下水酸碱环境强弱的指标pH=6.0--8.5⏹一般地下水pH=6.0☐2 氧化还原电位(Eh，mv)2⏹它表示水中电子摩尔浓度（活度）的负对数值还原环境强弱的指标氧化⏹衡量地下水氧化-还原环境强弱的指标，+氧化，-还原⏹需现场测定17g☐ 3 总溶解固体（TDS，mg/L）⏹水中所含离子、分子、络合物的总量，不包括悬浮物和溶解气体105--110℃，使水全部蒸发剩下的残渣重量⏹1L水加热到105--⏹∑溶解组分（溶解气体除外）(HCO3)/2⏹分类☐淡水，TDS<1000mg/L淡水☐微咸水，1000mg/L<TDS<2000mg/L☐咸水，2000mg/L<TDS<3500mg/L咸水☐卤水，TDS>3500mg/L4S li it/L☐ 4 含盐量（Salinity，mg/L）⏹地下水中各种溶解组分的总量⏹S-TDS= (HCO3-)/2☐ 6 硬度（Hardness ）地下水中碱土金属的总和般以C M ⏹地下水中碱土金属的总和，一般以Ca 2+、Mg 2+的总和来计⏹硬度（CaCO 3mg/L ）=50×毫克当量数（Ca 2++ Mg 2+）=2.5C (mg/L)+4.1M ⏹硬度（CaCO 3mg/L ） 2.5 ×C Ca (mg/L)+4.1 ×C Mg (mg/L)☐1德国度=17.8mg/L （CaCO 3）☐1法国度=10mg/L （CaCO 3）☐1英国度=14.3mg/L （CaCO 3）⏹碳酸盐硬度，暂时硬度222☐Ca 2+、Mg 2+与HCO 3-、CO 32-结合的硬度☐50×毫克当量数（HCO 3-+ CO 32-）☐煮沸可消除⏹非碳酸盐硬度，永久硬度☐与SO 42-、Cl -、NO 3-结合的多价金属阳离子综合☐非碳酸盐硬度（永久硬度）=总硬度-碳酸盐硬度（暂时硬度）⏹负硬度钠盐硬度钠钾的碳酸盐重碳酸盐氢氧化物☐钠盐硬度，钠、钾的碳酸盐、重碳酸盐、氢氧化物☐负硬度=碳酸盐硬度-总硬度≥0硬度CaCO3m g/L 极软水软水微硬水硬水极硬水<757575--150150150--300300300--450>450☐7 酸度（Acidity）⏹表征水中可中和强碱能力的指标。
化学海洋学 第二章 海水的组成及其化学成分
失去还原剂
生物作用
（占主导作用） 与光合作用相反
可逆反应
现代海水是氧化性的，如果假设成立，利用还原剂理论上可以转换为原始海水
定量化
顺序：氧化-还原电位高的优先还原
硝酸盐-氮气；水合氧化铁（Fe2O3·H2O）Fe3O4
一个电池由两个电极及夹于其间的电解质组成。电化学反应的特点是共轭的氧 化反应和还原反应分别在两个电极界面上进行，阳极氧化反应所放出的电子经 外电路输送给阴极，发生还原反应。电解质中由离子传递电荷，从而形成电流 回路。这两个相对独立的电极(包括金属部分及其紧邻的电解质部分)可看成电 池的一半，故称半电池。
14C法测定为1600年。大洋水循环——表层到深层，深层水大洋环流再 回到表层。上述元素进入海洋，到离开海洋的时间很长，但以混合多次 并均匀。
不参与化学生物作用，主要受物理作用控制。
除个别元素（Rb、Cs、Ra等 ，基本为海水中主要成分） 主族元素逗留时间一般比较 长，过渡元素一般较短
\
平均海洋逗留时间
输入量主要有河流输送、大气输送等。如果某元素以 河流输入为主，则
元素逗留时间
元素在海洋中的总量 元素输入速率
海洋总体积 河流全年流量
元素在海水中平均浓度 元素的世界河流平均浓
度
元素的世界河流平均浓度需要进行大量调整，而且是多年平 均基础，是统计平均概念，数值进行不断修正。
量很少，在前表中为给出，
19.5
4 埋藏和间隙水输出 如Na+和Cl5 逆风化作用
粘土矿物+HCO3-+Si(OH4)-+阳离子=富阳离子铝硅酸盐CO2+H2O (但是遭到一些学者的质疑）
6 板块构造和水热活动水及成岩作用
水化学：第二章 天然水的主要理化性质
（四）水具有很强的溶解与反应能力
水是一种溶解能力极强的溶剂 水的介电常数很大，使溶质在水中具有很大的电离度
（五）水具有很大的表面张力
特点：水(除汞)具有最大的表面张力，达72.75 dyn•cm-1 其他液体通常只有20-50 dyn•cm-1。
作用：显著的毛细、润湿和吸附作用 对于陆地和水域中生物的生命活动具有重要的意义
透过可见光和长波段紫外线，使在水
7
体深处可发生光合作用
第二节 天然水的化学组成
按不同组分含量与性质的差异，以及与水生生物的关系 天然水的化学成分分为六类：
常量元素 溶解气体 营养元素 有机物质 微量元素 有毒物质
8
一、常量元素
淡水中的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-
10
三、营养元素
主要元素： N、P、Si（与水生生物生长有关的一些元素） 存在形式：多以复杂的离子形式或有机物的形式存在于水体
中，在水中含量通常较低，受生物影响较大，有时 又称为“非保守成分”或“生物制约元素”
11
四、有机物
分类： 颗粒态有机物 溶解态有机物
含量：较低，通常是无机成分的万分之一，一般1L水中仅几mg 成分：复杂，种类繁多，如糖类、脂肪、蛋白质及降解有机物
端为正极）
3
水分子的结构
4
三、水的异常特性
（一）水在通常条件下呈液态
水通常呈三种物理状态，即液态、气态和固态
（二）水的温度－体积效应异常
纯水结冰时体积不是收缩而是膨胀 在0-3.98℃，随着温度的升高，水的体积反而缩小（ 3.98℃时水的体积最小，密度最大）
（三）水的比热容非常大
天然水的组成及性质
（8）主要离子缔合体
由于配位体浓度较低，淡水中络合物的数量很少，海水中则有相当数量的离子束缚于络 合物中。海水中的绝大部分阳离子为游离的水合金属离子。
1、天然水中的主要离子组成
2.2.1 天然水பைடு நூலகம்组成
陆地水
HCO3- ＞SO42- ＞ClCa2+ ＞Na+ ＞Mg2+
海水中
Cl- ＞SO42- ＞HCO3Na+ ＞Mg2+ ＞Ca2+
地下水受局部环境地质条件限制，其优势离子变化较大。
总含盐量（TDS） = [Ca2++ Mg2+ + Na+ + K+] + [HCO3-+ SO42-+Cl-]
氧气等其他气体的溶解度复杂得多。 水体中游离的CO2浓度对水体中动植物、微生物的呼吸作用和水体中气体的交换产生较大
的影响，严重的情况下有可能引起水生动植物和某些微生物的死亡。一般要求水中CO2的 浓度应不超过25mg／L。
5、有机物
非腐殖质：碳水化合物、脂肪酸、蛋白质、氨基酸、色素、 纤维及其它低分子量有机物 简单无机物
淡水中的主要无机络合物 浓度：-logM
离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ H+ 自由离子
HCO36.3 － 4.9 5.9 － 2.70
CO327.6 － 5.2 5.8 － 4.97
SO426.4 6.9 4.8 5.1 9.6 3.75
第二章水化学综合指标
(二)含盐量 含盐量是指水样各组分的总量，其单位以mg/L或g/L表示。 这个指标是计算值，它与总溶解固体的差别在于无需减去 1/2HCO3。它常用于灌溉水质的评价，以及计算河流向海洋传 输风化产物的参数。在海洋的研究中，常用含盐度代替含盐量。 含盐度的含义是海水中所有组分重量占水重量的千分数，以‰ 表示。 (三)硬度 硬度以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等非碱土金属以外的 金属离子的总和来量度。但是，除Ca2+、Mg2+ 外，其它金属 离子在水中的含量一般都很微，因此，硬度一般以水中的钙和 镁来量度，其计算方法是钙和镁的毫克当量总数乘50，以 CaCO3表示，其单位是mg/L。 在世界各国，水中硬度有不同的表示方法，1德国度 =17.8mg/L(CaCO3)，1法国度=10mg/L(CaCO3)，1英国度 =14.3mg/L(CaCO3)。
高硬度水与肥皂反应产生沉淀而影响洗涤效果，在锅炉和 输水管道中产生水垢而影响其使用寿命。近20年来，人们还 发现饮水硬度与心血管发病率有负相关的关系，因此，硬度是 一个很有用的水质指标。 硬度也称总硬度，它是碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度的总和。 碳酸盐硬度是指Ca2+和Mg2+与CO32-和HCO3-结合的硬度，以 CO32+ 和HCO3- 毫克当量乘50算得，如所算得的数值大于总 硬度，其差值称为负硬度。总硬度与非碳酸盐硬度的差值为非 碳酸盐硬度。碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度也称暂时硬度和永久 硬度，因为碳酸盐硬度是指与HCO3-和CO32-结合的那部分 Ca2+和Mg2+ ，水煮沸时成CaCO3沉淀而被除去，而非碳酸盐 硬度是指与Cl-、SO42-和NO3-结合的Ca2+和Mg2+ ，水煮沸后 不能除去。
水环境化学-第二章 天然水的主要理化性质(专业知识模板)
第二章天然水的主要理化性质第一节天然水的盐度、密度和化学分类一、天然水的含盐量（一）天然水的含盐量反应天然海水含盐量的参数通常有离子总量、矿化度、盐度和氯度。
1、离子总量：天然水中各种离子成分含量的总和即离子总量。
常用mg/L、mmol/L或g/kg、mmol/kg表示。
电荷平衡理论（Cation-Anion Balance)：天然水中，所有阳离子所带的正电荷与所有阴离子所带的负电荷相等。
依据该理论，可粗略分析化学分析的准确性。
例：某同学分析一未知水样，得到121mg/L 碳酸氢根，28mg/L 硫酸根，17mg/L Cl-, 39 mg/L Ca2+, 8.7 mg/L Mg2+, 8.2 mg/L Na+和1.4mg/L K+。
此分析准确吗？单位换算ppt（part per thousand）相当于g/L 或g/kgppm（part per million ）相当于mg/L或mg/kgppb（part per billion）相当于ug/L 或ug/kg2、矿化度：矿化度也是反映水中含盐量的一个指标，是指“蒸干称重法得到的无机矿物成分的总量”。
测定时要用过氧化氢氧化水中可能含有的有机物，在105-110℃烘干剩余的残渣至恒重，然后称重。
3、海水的氯度：原始定义：将1000g海水中的溴和碘以等当量的氯取代后，海水中所含氯的总克数。
用Cl‰符号表示。
新定义：沉淀0.3285234千克海水中全部卤族元素所需纯标准银（原子量银）的克数，在数值上即为海水的氯度。
用Cl符号表示，无量纲单位为1x10-3。
4、盐度：当海水中的溴和碘被相当量的氯所取代、碳酸盐全部变成氧化物、有机物完全氧化时，海水中所含全部固体物质的质量与海水质量之比，以10-3或‰表示。
用S‰表示。
✓根据对大西洋东北部和波罗的海九个不同盐度值水样的准确测定结果而推导出来的公式：S‰ = 0.030 + 1.8050 Cl‰，在六十年代以前得到国际上的广泛应用。
食品化学--水分课件
• 单分子层水 3、多层水——处于第一层的剩余位置的水和在邻近水
的外层形成的几个水层，主要结合力是水-水、水溶质氢键
24
自由水
1、滞化水——被组织中的显微和亚显微结构与膜所 阻留住的水
12
三、食品中水的存在状态
• 水与溶质的相互作用： 1、水与离子和离子基团 2、水与具有氢键键合能力的中性基团 3、水与非极性物质
13
1、水与离子和离子基团
邻近NaCl的水分子的可能排列方式
离子水合作用
O O
Na+
O O
O O
ClO
O
14
离子对水结构的影响
• 极化力——电荷除以半径 • 1、极化力小的离子增加水的流动性，
• 为什么3.98 ℃时水的密度最大？
9
冰晶的基本结构
• 低密度的刚性 结构，基本结 构为晶胞（右 图）
• O—O核间最近的距 离为0.276nm
• O—O—O键约为
109°
10
冰晶的六方形结构
四面体亚结构
0.452nm
11
冰晶的形成
• 纯水在0 ℃时一定会结冰吗？ • 晶核的形成，过冷温度 • 冷冻食品时为什么要速冻？
22
three
食品中水的存在状态
1、 结合水——指存在于溶质或其他非水组 分附近的、与溶质分子之间通过化学键的 力结合的那部分水，分为化合水、邻近水 和多层水
2、自由水——指没有被非水物质化学结合 的水，又分为滞化水、毛细管水和自由流 动水
23
结合水
第二章--地下水的物理性质及化学成分
→CaO + CO
2
↑
• 水中气体成分的不同能反映地下水成因。如水中气体以O2及 N2为主，说明是以大气降水渗入补给形成；水中含CH4、H2S 较多，说明储存于封闭的地质构造中。 • 在水文地球化学环境的研究过程中，地下水中溶解氧的研究 有很大意义，含溶解氧多的地下水说明其处于氧化环境，含 H2S多的水说明其处于缺氧的还原环境。 21
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（二）地下水中的主要气体成分
• 地下水中的主要气体成分有O2、N2、CO2、H2S及CH4等。 • O2、N2主要来源大气及含叶绿素细菌的生物活动.因此在近地 表的地下水中，O2、N2含量较大，越往深处，其含量越小。 • H2S、CH4通常是在缺氧的条件下（如封闭的地质构造中）， 当有机物存在时的生物化学还原作用的产物。H2S、CH4常见 于深层地下水中，在油田水中其含量往往较高。 • CO2来源复杂，1）大气，2）土壤的生物化学作用生成。3） 在火山或岩浆活动地带，碳酸盐遇热分解，生成：
2 2
→Ca2+ +2HCO3→Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3-
CaMg（CO3）2 +2H2O +2CO
•
阴离子中，由于氯化物的溶解度大，CI-含量随地下水中含盐量的增 加而增大；而碳酸盐的溶解度很低，只有当水中存在CO2时才较易溶于 水，所以HCO3-的含量一般不高。基于这个原因，常常将Cl-、HCO3-作 为地下水含盐量多寡的标志。以Cl- 为主要成分的地下水，其含盐量 较高，为咸水；以HCO3-为主要成分的地下水，其含盐量较低，为淡水。
• 1.氯离子（Cl-）
• 分布很广，含量变化大，数mg/L至数百mg/L。 • 源于岩盐矿床和其它含氯化物的沉积岩的溶解， • 其次来源于岩浆岩的一些含氯矿物如氯磷灰石 （Ca5(PO4)3Cl）、方钠石（NaAISiO4NaCl）等矿物的风 化溶滤。 • 此外废水、污水的渗入， • 动物排泄物和动物尸体腐烂 • 一般在居民点、工业区及其附近，地下水中Cl-含量往往 相应增高。
水在生物体内的含量
• 2 当几种晶格单元结合在一起并从顶部（沿着C轴向下） 观察时，冰的六面体对称就很清楚。分子W和与它最相邻 的4个分子（其中1，2，3是可见的，而第4个分子位于纸 平面下，正好处在分子W下面）形成了明显的四面体结构。
从三维观察图可以明显看到两平面的分子（空心、实心圆
组成）。此2平面平行、非常接近，冰在压力下滑动或流 动时作为一个单元运动。此类平面构成冰的基本平面。
第三节 水分子
• 水分子中氧原子具有4个sp3杂 化轨道，两个氢原子靠近氧 原子的2个sp3形成2个δ键， 其离解键能460KJ/mol.
• O-H共价键具有部分（40％） 离子特性。
• 分离的水分子（蒸汽状态） 的键角为104.5°。
• O、H同位素的存在，形成了 18种HOH分子，加上离子及其 同位素变异体，水中含有33 种以上的HOH化学变异体。
括细胞物质在内的亲水物质缔合的一般倾向，这 两个术语与宏观水平相称。 • 水结合的程度和强度取决于许多因素，包括非水 成分的本质、盐的组成、pH和温度。
• 2 持水力这个术语通常被用来描述由分子（通常
是以低浓度存在的大分子）构成的基体通过物理 方式截留大量水而阻止水渗出的能力。如果胶、 淀粉凝胶、动物细胞截留水。
第二章 水
第一节 引言 一 水在生物体内的含量 1 水是生物体系的基本组成成分：生物体系的基本 成分包括蛋白质、碳水化合物、脂质、核酸、维生 素、矿物质、水。其中，水是最普遍存在的组分。 2 每种食品都具有特定的水分含量范围：以适当的 数量、定位和定向存在于食品中的水对食品的结构、 外观、外表以及对腐败的敏感性有着很大影响。 3 主要食品的水分含量见表2－1，p7。
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硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。
从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶 解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在。它在水中解 离方程为：
2、Si在水中的存在形态与控制因素
在天然水中(pH=6～9)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下 (pH增高到9.0～9.5时)，由于单链节和多链节硅酸盐的形成，
(三)铁 1、水中铁的来源与水化学作用 铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位。
与前述三者不同，铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、
水体中，而且在某些矿体中富集形成有用矿床(Fe3O4、Fe2O3， FeCO3，Fe2SiO4)。
水中铁的水化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大，这 已在第一章作过详细介绍。
2、铁在水中的存在形态与控制因素 铁在水中也发生水解。Fe3+在pH=1的水中，可水解成 FeOH2+、Fe(OH)2+，高浓度下可聚合成Fe2(OH)24+。Fe2+在 pH=4的水中，开始水解生成FeOH+，在pH>14时则形成 Fe(OH)42-。它们的部分反应式如下:
所以，天然水中铁可以有许多形式，如Fe3+、Fe2+、 Fe(OH)+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)20、HFeO2-、 FeCO30、FeS20，FeS0，FeSO40，Fe2(OH)24+。
2、铝在水中的存在形态与控制因素
铝在水的存在形式受pH控制，在强酸性水中(pH<4.0)，水 中铝的主要形式为Al3+，在碱性水中，可形成AIO2-、 AIO33- 。 在含F-的水中，铝和氟很容易形成络合离子，如AIF2+、AIF2+， 在SO42-含量很高的酸性水中，AISO4+可能是铝的主要存在形式。
(一)硅
1、水中元素的来源与水化学作用 SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，它们是石英、 铝硅酸盐、粘土矿物等。 一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水 中的溶解按下式进行：
据Morey等人(1962)资料，SiO2溶解度，在25℃时为 6.0mg/L，在84℃时为26mg/L。Fournier和Rowe(1962)获得方 石英的溶解度，在25℃时，27mg/L和84 ℃时为94mg/L。 Morey等人获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L。
锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价。主要氧化态为 Mn2+。二价锰的特性与Fe2+近似。锰在自然界中的性状受EhpH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形 式有： Mn2+、 MnO2 、MnOOH、 Mn3O4 、MnCO3、 Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。
在简单的水溶液中， Mn2+ 在pH=8时开始水解并形成 MnOH3+，高浓度时聚合成Mn2OH3+、Mn2(OH)3+。Mn 3+不稳 定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时，Mn4+可以MnO42-形 式存在，而在酸性介质中呈其它价态。七价锰MnO4-在各种pH 值的溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。
(四)锰 1、水中锰的来源
在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿
物有蔷薇辉石(MnSiO3)，锰橄榄石(Mn2SiO4)、菱锰矿(MnCO3)， 软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、硫锰矿(MnS)、方锰矿(MnO) 及氢氧化物沉淀Mn(OH)3，Mn(OH)2等。 2、锰在水中的存在形态与控制因素
此外，从Fe—H2O—CO2系统稳 定场内可见，在氧化带内，Fe3+的活 度没有达到Fe(OH)3的溶度积时，铁 的可能最大稳定形式是Fe(OH)30，在 pH<5时， Fe(OH)2+及Fe(OH)2+ 占优势。在还原环境内，pH<8时， 只有Fe2+存在，pH>8时才会出现 FeCO3沉淀，之后是Fe(OH)20占优势。 而一般水中Fe(OH)4-及HFeO3-是不 存在的。
SiO2的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下，H2SiO42-是 次要的。
天然水中可溶性SiO2含量一般不超过100mg/L。通常为10 ～30mg/L，平均值为17mg/L。
(二)铝
1、水中铝的来源与水化学作用 铝在地壳中所占重量百分数为8.23％，仅次于氧和硅，占 第三位。 铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。高岭石在酸性 条件下可溶出AI3+：
高岭石强烈风化可形成三水铝石(Al2O3·H2O)
Al2O3在水中溶解度受 pH值控制。它溶于强酸性
溶液中，pH=4.1～10时它
几乎不溶，而此时SiO2却 有部分溶解(见图2.4)。所
以，pH=4～5时， Al2O3 /SiO2=1：2，此时有利于 高岭石族矿物形成，当
pH=8～9时， Al2O3 /SiO2=1 ：4，则有利于胶 岭石族矿物形成。
水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度的计算值 小于10mg/L，实测值约27mg/L。
在大多的天然水中(pH=6～9)，水中铝浓度常小于1mg/L，有 时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性水中，每升水中 铝可能几十mg/L，甚至几百mg/L，这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。
第一节 天然水的化学特征
1、大气降水的成分特征 2、海水的成分特征 3、河水的成分特征 4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征
第二节 元素的水化学特征
一、硅、铝、铁、锰
硅、铝，铁，锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百 分数分别为： Si，28.15％，Al，8.23％，Fe，4.65％，Mn， 0.10％，但它们在水中的含量并不高，一般属于中量元素。