天然水的理化特性

I=0.0193 。S ‰，式中：S‰表示盐度
本章主要内容和要求

水分子的结构特点及其对水分子性质的影响 （中学常识，不作大学重点）
水的异常特性 天然水的含盐量、盐度、氯度 补偿深度的概念及其与透明度的关系
1. 2. 3.
4.
5. 6.
什么是天然水的依数性
电导率、离子的活度和离子强度
天然水主要理化性质对水生生物的影响
2、海水的盐度
盐度：反映海水含盐量的指标，指1kg海水中的溴 和碘全部被等当量的氯置换，而且所有碳酸盐都转换 为氧化物，所有的有机物均已氧化之后的全体固体物 质的总克数，单位g/kg，用符号S‰或S表示。
氯度（1902年） ：1kg海水中的溴和碘由等当量 的氯置换之后所含有的氯的克数。单位是g/kg，用符 号Cl‰或Cl表示。 氯度（1940年） ：沉淀0.3285234kg海水中全部 卤素(氟氯溴碘砹)离子所需纯标准银(原子量银)的克数。
第3节 天ห้องสมุดไป่ตู้水的主要理化性质
天然水与纯水的区别：
（1）由于水具有较强的溶解和反应能力，所 以天然水都是一种溶液。
例如海水是含有2.5-3.7%盐分的中等浓度的 强电解质溶液。
（2）溶质与水结合后，在一定程度上会改变 水的结构。 （3）天然水中存在种类繁多的水生生物和组 成结构复杂的无机悬浮物。
一、天然水的含盐量和海水盐度
概念：离子氛、离子活度、离子强度
离子强度：是某一溶液的整体特征值，代表了 全部离子的浓度和电荷值两种因素，综合地反映 出溶液中各种离子对其中一种离子的活度产生影 响的强弱程度。
在实际应用中多采用经验公式近似计算离子强 度，如对于天然淡水：
I=2.5 。10-5 ∑S 式中：∑S表示天然淡水的离子总量（mg/L） 海水离子强度的经验公式为：
1、离子活度
由于离子氛的存在，溶液中离子的活动性有所降低。
此时如果用溶液中离子的浓度代入有关化学平衡的基本公
式中进行计算，其所得结果与实验结果就会出现很大偏差。 为了使计算结果与实验结果相符，必须对溶液中离子的浓 度进行校正。而校正后的浓度称为离子的有效浓度，又称 离子的活度（α）。 离子的活度α等于离子的真实浓度c乘以校正系数γ。一 般情况下γ<1。
分子之间剧烈的相互作用。
水合作用的概念与举例。
电缚水分子 +
A
B
C
A区域：水分子在离子附近定向的区域 B区域：水结构达到破坏的区域 C区域：保持水构造的区域
离子半径越小、离子电荷越高，A区域就越厚，B区
域反而有变小的趋势。 促成结构离子：离子半径小，A区域大，B区域小， 从整体上看，离子周围的结构是明确的，这样的离子称为 促成结构离子。如Mg2+、Na+、SO42-等； 破坏结构离子：离子半径大，A区域小，B区域大， 破坏了水的结构，这样的离子称为破坏结构离子。如K+、 Cl-对结构稍有破坏性，NO2-、ClO4-等大离子属于强的破 坏结构离子。
示总含盐量：
∑S =∑Ci ，
Ci代表i离子的浓度，常用mg/L、mmol/L（淡 水）或g/kg、mmol/kg（海水）表示。
（2）总溶解固体（TDS，矿化度）????? 总溶解固体是水中溶解成分（包括离子、分子、化合 物、配合物，不含悬浮物和气体）的总量，是反映水中含
盐量的一个指标。
TDS的测定通常采用105～110℃蒸干后称重的方法。 可依据TDS对地下水质进行划分：TDS<1g/L为淡水； TDS 1~3g/L为微咸水； TDS 3~10g/L为咸水； TDS 10~50g/L为盐水；TDS>50g/L为淡水?.
活在海水中，可以在接近淡水的水中生长；河蟹
则要在海水中产卵、孵化、发育，到大眼幼体后， 到淡水中变成仔蟹、生长、成熟。
（3）盐分组成对水产生物的影响
鱼的耐盐限度同盐分的组成有关。如含HCO3-、 CO32-较多的水，含K+较多的水，许多生物及鱼的 盐度耐受极限显著降低。 河蟹与罗氏沼虾育苗是在海水中进行。为防病 害，常用盐卤或地下水配制人工海水，这时不仅 要满足总盐量的要求，还需使Ca2+、Mg2+离子含 量符合下列要求：
三、水的异常特性
1 相对较高的溶点（0℃）和沸点（100 ℃ ）
2 温度-体积效应异常
在3.98℃时，水的密度最大，高于或低于这一温
度时其密度都较小。因此，当水凝结成冰时，体积膨
胀而变轻，固态的水（冰）的密度小于液态水。
这一性质有重大的生物学意义，因为冬季自然水
体结冰时，冰浮于水面，从而保护了数以万计的水下
六、离子活度和离子强度（简）
天然水是强电解质溶液，在静电作用力的影响下，每 一个中心离子（溶液中的任何离子都可以被当作中心离子） 表观上被异号离子所包围，形成了离子氛。在溶液中，中 心粒子的运动必然会受到其周围离子氛中异号粒子的吸引， 使它的运动受到牵制。研究发现：对这种牵制作用产生影 响的因素包括溶液中各种离子的浓度以及溶液中全部离子 电荷所形成的静电场的强度有关。
γ ±NaCl2= γNa。 γCl
2、离子强度
在溶液中，中心离子的运动不仅受到溶液离子活度的
影响，各种离子的离子价对中心离子的运动也有影响。
根据这一特性，提出了电解质溶液离子强度的概念， 其定义式为： I=1/2 ∑（CiZi2） 式中：I为溶液的离子强度；Ci为溶液中第 i 种离子的 浓度；Zi 为其离子价。
河蟹： Ca2+484～816mg/L，Mg2+178～ 340mg/L；
罗氏沼虾：Ca2+300～440mg/L，Mg2+170～ 244mg/L。
3、透明度
透明度常用来反映可见光在水中的衰减状
况。清澈的海水与湖水，透明度可达十多米；
透明度小的池水只有20～30cm；浑浊的黄河
水，透明度只有1～2cm。一般认为，在透明
盐度和氯度的关系：S‰=1.80655 Cl‰
海水盐度和总含盐量：海水的盐度值略低于 总含盐量， ∑S与氯度（ Cl‰ ）及盐度（ S‰ ） 的关系分别为 ： ∑S=1.81578 Cl‰ (g/kg)
∑S=1.005109 S‰ (g/kg)
“海水组成的恒定性原理”（第6章）
3、含盐量对水产养殖的影响
8g/L，成鱼为10～12 g/L；鳟鱼成鱼的耐盐限度可
达30 g/L。 几种淡水鱼的耐盐能力次序为：草鱼> 团头鲂>鲢。
（2）对海水水产生物的影响
海水鱼在盐度过低的水中会死亡。但是有一类
广盐性生物，对渗透压的调节能力很强，可经过
驯化适应含盐量不同的水。
例如,罗非鱼本来生长在淡水的种类可以在海
水中生长；花鲈、美国红鱼、中国对虾等本来生
大多数淡水，盐分一般包括4种阳离子（Ca2+、 Mg2+、Na+、K+）和4种阴离子（HCO3-、CO32-、 SO42-、Cl-）； 海水中除上述离子外，还包括Sr2+ (锶) 、 Br(溴)、F-、 H3BO3 （H2BO3-）(硼)等。
1、天然水的总含盐量
指天然水中含有可溶性无机盐为主的物质总
原因：天然水的含盐量相差悬殊；水生生物 对水的含盐量有一定的适应范围，不同种类生物 的适应范围不同。
（1）对淡水鱼的影响
淡水鱼类只能生活在含适量盐分的水中，不同 鱼类或同一种鱼类的不同生长阶段所能适应的含 盐量的范围是不同的。 例如，鲢、鳙鱼苗的耐盐上限为2.5g/L左右； 鲢鱼的仔鱼期为5～6g/L，成鱼约为8～10g/L，草 鱼耐盐性较鲢鱼强，草鱼的仔鱼期耐盐上限为6～
生物物种的生存。
3 热容量大
在所有的固体和液体中，水具有最大的比热。
因此在范围较大的天然水体中可以调节气温，使
其变化幅度不致于过大。 水的溶解热和蒸发热也很大，这使冰在融化过
程中温度保持在冰点，而当水沸腾时，温度保持
在沸点。这是水的特有现象。
4 溶解及反应能力较强
由于水分子的极性强，因此物质在水中，可以 通过静电引力或配位键与水分子结合，是性能优
单种离子活度与活度系数是无法测定的。通过实验只 能测定电解质的平均离子活度与平均离子活度系数。
单种离子的活度与活度系数是利用一些假设条件计算
的，比如KCl中的K+与Cl-电子层结构与离子半径很接近，
可假设它们的活度相等，活度系数也相等，这样就有了单
种离子的活度系数。
α±NaCl2= αNa。 αCl
率的比值。
a0=0.0080 ；a1= -0.1692；a2=25.3851； a3=14.0941；a4= -7.0261；a5= 2.7081
天然水的电导率除用于研究水体的∑S和S‰外， 还用于研究水生生物的呼吸作用及光合作用等生
物化学过程。
五、电解质水溶液中的离子（略）
天然水中的溶质大多为强电解质，在水中以离 子形式存在，因此需研究水溶液中的离子状态。 1、溶质离子对液态水结构的影响 溶剂化作用；电解质溶液中，溶质离子与溶剂
同一盐度的海水，温度每升高1°C，电导率 增加2.2%；天然淡水的电导率变化于50-500μs/cm； 高矿化度水体可达500-1000 μs/cm。
2、海水的电导率 在1个大气压下，在海洋温度范围内，海水的 电导率与盐度成正比例；同一盐度的海水，0°C 时温度每增加1°C，电导率增加3%，20°C时温 度每增加1°C，电导率增加2% 。

对于海水，“含盐量越大，水的蒸气压降低，
沸点上升和冰点下降的量也越大”的这一性质
是成立的。
四、天然水的电导率
纯水的导电性小。天然水的导电能力主要是由 水中溶解的电解质电离的离子贡献的。在水化学中 常用电导法测定天然水的总含盐量及海水盐度。 1、天然淡水的电导率
天然淡水的导电率与水中离子总量（正比）、 离子的种类以及温度（正比）有关。
2、离子间的相互作用
水溶液中，离子间存在库仑力。天然淡水中，离子间
距离大，库仑力小，离子分布无秩序；浓溶液（如海水）
中，离子距离小，已经（部分已经）秩序化了。
天然淡水属于稀溶液的范畴，具有普通水结构的水分
子较多；而海水中离子浓度高，具普通水结构的水分子少。 如盐度为35‰的1kg海水中，仅有1/3的水分子具有普 通水的结构。
良的溶剂，特别是对固体电解质的溶解。
水可以同溶质发生各种反应，如金属氧化物、 非金属氧化物以及活泼金属等。
5 是弱的电解质
在常温下水微弱地电离，是一切化学反应十分理想
的介质。
6 具有很大的表面张力
在常温下的所有液体中，水的表面张力仅次于汞， 有很强的毛细、润湿和吸附作用，这对于陆地及水域 的生物均具有重大意义。
机物的净合成大于零。
营养分解层：光照不足，光合作用速率小于呼吸 作用速率的水层，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。
三、 天然水的依数性

稀溶液的依数性：是指稀溶液蒸气压下降
（Δp），沸点上升（Δtb），冰点下降（Δtf）
值都与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比，而
与溶质的本性无关。
量，以∑S表示，是判定天然水性质的依据。
含盐量与水的许多其他性质有关，如化学成
分的含量、密度、比重、导电性、对光的折射、
对声波的传播等。含盐量也影响天然水的生态
学性质和水的可利用价值，是天然水的一项重 要水质指标。
（1）离子总量
天然水中主要离子成份含量总和占总含盐量
的99.9%以上，因此天然水中离子总量可近似表
度深处的照度，只有表层照度的15%左右。
4、补偿深度
补偿深度：是指有机物的分解速率等于合成速率的 水层深度。约位于透明度的2～2.5倍深处。与日变化、 天气状况、水温和藻类组成等因素有关。 真光层：又称营养生成层，指光照充足，光合作
用速率大于呼吸作用速率的水层。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
6 5 盐 度 4 40% 30%
3
2 1 5 10
20%
10% 15 20 25
温度
3、海水电导率与盐度的关系
1982年定义海水盐度为： S = ∑ai R 15i/2 （i=0-5）
S为海水的实用盐度；R15是在15°C和1标准大气压下， 海水样品的电导率和质量比为0.0324356的KCl溶液的电导