水文地球化学课件part1

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1、水文地球化学水文地球化学HydrogeochemistryHydrogeochemistry多看书总是有好处的沈照理,朱宛华,仲佐燊.水文地球化学基础.北京:地质出版社，1993.李学礼编著.水文地球化学(第二版).北京:原子能出版社,1988.DreverJ.I.Thegeochemistryofnaturalwaters(Thirdedition).Prentice-Hall,1997.傅献彩,沈文霞,姚天扬编.物理化学(第四版).北京:高等教育出版社,1990.杂志期刊也可以抽空看看地球化学环境科学水科学进展ChemicalGeologyEnviron.Sci.Tech

2、nol.TheScienceoftheTotalEnvironmentGroundwater水文地球化学水文地球化学••第一章第一章••天然水的组成和天然水的组成和性质性质第一节水的组成、结构、特异性一、水分子结构的特异性H2O是具有V型结构的分子，两个H-O共价键的夹角为104°45′。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，所以水是极性分子。极性使水分子之间存在氢键，并有多个水分子缔合nH2O=(H2O)。常称“水分子团”。n第一节水的组成、结构、特异性二、水的异常特性化学键使水的物理化学性质与同族氢化物分子相比显示出不符合常规的特异性。1.温度－体积效应

3、异常0~4℃范围内水的体积“热缩冷胀”，4℃水密度最大。“冰轻于水”具有重要的生态学意义：保护水下的生物，保证水底部生物需要的溶解氧以及其它营养物的补充等。第一节水的组成、结构、特异性水分子间的缔合作用强度取决于温度，一般温度越低，缔合程度越稳定，4℃时，水的缔合程度最大，此时达到最大密度。在250～300℃时，n接近1，即水具有HO形式。22.独特的热力学性质具有较高的溶点和沸点：按照氧在主族中的位置推测，水呈现液态的温度应是-100~-80℃第一节水的组成、结构、特异性热容量最大以及良好的热传导性：在所有液体和固体中，水具有最大的比热，即1g水每升高或降低1℃时所吸收或放出的热量比其它任

4、何物质都多。使海洋对大气温度具有调节作用。生成热高：水的稳定性很好，在2000K的高温下，水的离解度仅为0.588%，使水在地下深部高温状态下可广泛参与水文地球化学作用过程。第一节水的组成、结构、特异性3.较大的表面张力液体中，除汞以外，水的表面张力最大。对研究包气带地下水的地球化学作用具有重要意义。3.1界面现象界面：两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。严格的讲，表面应是液体和固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。第一节水的组成、结构、特异性表面层分子与内部分子相比，所处的环境不同。体相内部分子所受四周

5、邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵销。处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面层会显示出一些独特的性质。对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于界面层的组成与任一相的组成均不相同。第一节水的组成、结构、特异性3.2表面张力(surfacetension)在两相（特别是气-液）界面存在着一种张力，它作用在表面的边界线上，垂直于边界线向着表面的中心并与表面相切，或者是作用在液体表面上任一条线的两侧，垂直于该线，沿着液面拉向两侧。作用于单

6、位边界线上的这种力称为表面张力，用表示，单位是N·m-1。第一节水的组成、结构、特异性将有活动边框的金属线框架放入肥皂液后取出悬挂。由于金属框上肥皂膜的表面张力作用，活动边被向上拉，直至顶部。在活动边框上挂一重物，如果重物与边框的重力F与向上的表面张力平衡，则金属丝不再滑动。F=2γl=WW+12l是滑动边的长度，因膜有两个面，所以边界总长度为2l。第一节水的组成、结构、特异性影响表面张力的因素分子间相互作用力。温度：温度升高，表面张力下降。压力：表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使表面吸附增加

7、，气体溶解度增加，也使表面张力下降。第一节水的组成、结构、特异性4.水合作用水分子具有较强的极性，可以通过静电引力来吸引和牵制水中的离子。水分子正极（氢端）吸引水中阴离子，负极（氧端）吸引阳离子。由于离子和水分子之间的相互吸引而使水中正负离子周围被水分子包围的过程就是离子的水合作用。离子的水合作用减弱了阴阳离子间的相互引力。第一节水的组成、结构、特异性5.高介电效应在水中，盐类离子晶体发生