水环境化学天然水课件

• 在冰分子的结构中， 氢键的数目达最高饱 和值，使分子排列成 为六方晶系晶格
• 与液体水分子的结构 相比，冰的结构较为 疏松，其密度由 1.0g·cm-3降至 0.92g·cm-3 。
• 在4℃时，水的体积 最小、密度最大。超 过或低于此温度时体 积都会膨胀
（7）水的同位素组成(P16)
• 自然界中， • 氢有2种稳定同位素，H1、H2（称为氘，
水的重要性质及其意义
性质
作用和重要性
优良的溶剂
输送营养物质和排泄物，使水介质中的生物 学过程成为可能
介电常数比任何一种纯液体都高 离子型物质具有高溶解性，在溶液里这些物 质易电离
表面张力比任何其他液体都高 （除汞外）
生理学上的控制因素，控制水的滴落和表面 现象
能透过可见光和紫外光的长波部 无色，使光合作用要求的光能达到水体相当
分
的深度
在4℃时液体密度最大
冰浮于水，使垂直循环只在限定的分层水体 里进行
汽化热比任何其他物质都高
决定大气和水体之间热和水分子的转移
熔化热比任何其他液体（除氨外） 冰点时温度稳定 都高
比热容比任何其他液体（除氨外） 对生物的体温和地理区域的气温起稳定作用 都高
property Excellent solvent
– 范德华力：通常小于5kJ/mol – 氢键：18.8kJ/mol – H-O键：460kJ/mol
• 因为每个水分子在正极 一方有两个裸露的氢核， 在负极一方有两对孤对 电子，每个水分子可以 把两个氢核交出，同时 又可以由两对孤对电子 接收氢核。
• 每个水分子可以同邻近 的4 个水分子形成 4 个 氢键。
• 英研究称喝重水可以 延长人10年寿命（图片
来自英国《每日邮报》网站）
信息来源：科学网（20Biblioteka Baidu8）
Super light water 105 500ml,¥1,250 (JPY)=65.25(CNY)
• 由不同的同位素组成的分子之间存在 相对质量差。这种质量差异所引起的 该分子在物理和化学性质上的差异， 称为同位素效应。
给。
表达稳定同位素的分馏的参数--- δ值（常用）
• 国际原子能机构于1968年决定采用维也纳标 准平均海水（Vienna standard mean ocean water, V-SMOW）为标准，来定义天然水稳定 同位素的比率相对于V-SMOW的千分差δ 。
• 维也纳标准平均海水（V-SMOW）是一个假想 的标准，其“绝对”同位素比值被定义为
Effects and Significance
Transport of nutrients and waste products, making biological processes possible in an aqueous medium
Highest dielectric constant of any common liquid
• 如：D2O的蒸发热、沸点、表面张力、 密度等都比H2O高。
同位素效应
同位素分馏
同位素分馏是指在一系统中，某元素 的同位素以不同的比值分配到两种物 质或物相中的现象。
一般认为，蒸发作用是促成水的同位素分馏的 主要过程。
• 重水的蒸汽压比普通水的蒸汽压略低 • 在蒸发区重水的成分稍高。 • 雨水中重水的成分较低，南极的冰是
D） • 氧有3种稳定同位素，O16、O17、O18
• 自然界的水实际上是 9 种水的混合物。 HO16H HO18H HO17H HO16D HO18D HO17D DO16D DO18D DO17D
• 其中， HO16H是常说的普通水分子，含 量为99.745%(摩尔分数），其余为重水
我们该喝什么？-------- 重水 OR 轻水？
地球上最轻的水。
• 蒸汽压：一定温度下，液体和它的蒸汽处于平 衡状态时蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压， 简称蒸汽压
自然界中哪个元素的同位素分馏最大？？
• 分馏的大小与同位素相对质量差成正 比。
• H和D的相对质量差是所有元素的同位 素中最大的，因此自然界中氢同位素 分馏也最大，一般比其它元素的同位 素分馏大一个数量级。
2.1 水的分子结构与性质
•Characteristics of H2O
一、水分子的结构(两个重要特点）
•1、水分子有很强的极性 •（1）键角104.5° •（2）电负性：
O：3.5；H：2.1
•（3）水分子的偶极矩很大， 为1.84D (德拜）
偶极矩
• 若正电(或负电)中心上的电荷的电量为 q , 正负电中心之间的距离为 d (称偶极矩长), 则偶极矩为: μ＝ qd
• 如，学者在研究北京地区地下热水
• 北京城区东南部地下热水氘同位素的 浓度（δD）值为-6.33‰ ～ -7.78‰
• 城区雨水（ -6.33‰ ～ -7.48‰ ） • 河水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ） • 浅层地下水（ -6.90‰ ～ -7.48‰ ） • 地下热水δD与城市雨水值非常接近 • 北京东南部地下热水由大气降水所补
2H/1H=(155.76± 0.10) × 10-6 18O/16O=(2005.20± 0.43) × 10-6 17O/16O=(373± 15) × 10-6
O18/O16的千分差： D/H的千分差：
O18


O18 O16
样品


O18 O16
V SMOW
1000

O18 O16
V SMOW
D D
D H 样品 H V SMOW 1000
D H V SMOW
• 反映待测物质中某元素的两种稳定同位素的比值与 一标准物质中同一元素的两种同位素的比值之间的 差异。
• 若一个样品的δO18值为-5.0‰ ，即表示该样品的 n(18O)/ n(16O)值较标准样品的比值低5/1000
• μ以德拜(D)为单位, 1D=3.336×10-30c.m • 当 q =1.62×10-19库仑 (电子所带电量 ), d
=1.0×10-10时, μ＝4.8D
HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚 μ/D 0.38 0.79 1.03 1.66 1.84 1.15
2. 水分子之间有很强的氢键