水化學(xué)全套課件

緒言一、水化學(xué)及其所處的地位二、養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)三、養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)的任務(wù)四、學(xué)習(xí)水化學(xué)課程的必要性五、“水環(huán)境化學(xué)”課程的內(nèi)容和教學(xué)要求一、《水化學(xué)》及其所處的地位1、水化學(xué)的定義WaterChemistry/Hydrochemistry天然水化學(xué)成分形成過程及與環(huán)境條件相互聯(lián)繫環(huán)境條件:地質(zhì)、巖石、土壤、生物氣候、水文等O.A.阿列金（1970）《水化學(xué)》化學(xué)角度天然水、受污染水體及給水和廢水處理過程的主要化學(xué)現(xiàn)象、有關(guān)化學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)“Water”：各種無機(jī)和有機(jī)化合物組成的稀水溶液和稀水懸浮液V.L.Snoeyink&D.Jenkins(1980)“WaterChemistry”基本化學(xué)原理天然水體各種化學(xué)平衡，主要是平衡條件及平衡後各化學(xué)成分組成計算W.Stumm&J.Morgan(1981)“AquaticChemistry”環(huán)境科學(xué)的分支，研究各類天然水體（江、河、湖、海、池）化學(xué)組成、分析方法及水體中各種物質(zhì)的來源、存在形式、遷移轉(zhuǎn)化過程和分佈規(guī)律水化學(xué)(Waterchemistry)研究水體環(huán)境主要化學(xué)物質(zhì)的存在形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及這些化學(xué)物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境影響水環(huán)境化學(xué)(Aquaticenvironmentalchemistry)MIT/WaterQualitycontrol&aquaticenvironmentconservation:Waterchemistry,Waterqualitycontrol,Waterqualitymanagement,Hydroecology,…國外：美、英、法、德、日，工科、農(nóng)科、醫(yī)科、理科大學(xué)

國內(nèi)：清華大學(xué)、北京大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、西南大學(xué)、中國海洋大學(xué)、上海水產(chǎn)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、大連水產(chǎn)學(xué)院等30餘所2.課程地位無機(jī)與分析化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，生物化學(xué)，環(huán)境化學(xué)，水化學(xué)二、養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)AquaculturalEnvironmentalWaterChemistry1、定義水化學(xué)、水環(huán)境化學(xué)的分支，研究環(huán)境天然和養(yǎng)殖水體內(nèi)各水化因數(shù)（水化學(xué)成分）的來源、轉(zhuǎn)化、遷移及其與水產(chǎn)養(yǎng)殖/水生生物的相互關(guān)係環(huán)境科學(xué)環(huán)境化學(xué)環(huán)境生物學(xué)環(huán)境物理學(xué)環(huán)境地學(xué)環(huán)境工程學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)環(huán)境管理學(xué)環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)環(huán)境評價學(xué)……水環(huán)境化學(xué)大氣環(huán)境化學(xué)土壤環(huán)境化學(xué)……——研究人類環(huán)境品質(zhì)及其控制、改善的原理、技術(shù)和方法的綜合性科學(xué)。是從上世紀(jì)80～90年代得到迅速發(fā)展的新興學(xué)科——研究化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的存在、轉(zhuǎn)化、行為及其控制的原理和方法，是化學(xué)科學(xué)的一個新的分支——研究水體環(huán)境中主要化學(xué)物質(zhì)存在形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及這些物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境影響?zhàn)B殖水環(huán)境化學(xué)2、水環(huán)境化學(xué)的研究領(lǐng)域研究對象——水質(zhì)系

*天然水質(zhì)系的複雜性研究內(nèi)容

——天然水體化學(xué)物質(zhì)的來源、存在形態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化、生態(tài)效應(yīng)及防治方法等※重點研究的污染物：重金屬（包括類金屬）、耗氧有機(jī)物、持久性有機(jī)物天然水質(zhì)系的一般構(gòu)成研究的水域

*江河、湖泊、水庫；近海的重點水域

*地下水——近年國外對地下水污染問題非常重視，因為垃圾填埋引起地下水污染研究的應(yīng)用基礎(chǔ)理論

*介面物理化學(xué)過程

*金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化動力學(xué)過程

*有機(jī)物化學(xué)降解過程與光化學(xué)降解過程

*金屬與類金屬元素的甲基化過程

*持久性有機(jī)污染毒物的定量結(jié)構(gòu)與活性關(guān)係瞭解3、研究方式始中終管始：水體中各水化因數(shù)來源地質(zhì)條件(GeologicalCondition)引起：K+、Na+、Ca2+、Mg2+，HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-等，還有許多微量金屬元素大氣中物質(zhì)的溶解：如N2、O2、CO2、塵埃水生生物生命活動產(chǎn)物：如CO2、C、H2S、O2、N、P、有機(jī)物人類生產(chǎn)生活活動影響：N、P、K、有機(jī)物以及若干有毒有害物質(zhì)3、研究方式始中終管中：各種水化因數(shù)在水體內(nèi)的變化規(guī)律含量+形態(tài)隨時間、空間（環(huán)境條件）變化不僅要定性（Qualitative），還要定量（Quantitative）3、研究方式始中終管某些水化因數(shù)在特定條件下的特定存在形式某些水化因數(shù)不適應(yīng)水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)（或其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)加強管理三、養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)的任務(wù)1、水化成分與水生生物關(guān)係，確定養(yǎng)殖生產(chǎn)具體要求2、各水化因數(shù)動態(tài)規(guī)律3、養(yǎng)殖生產(chǎn)水環(huán)境品質(zhì)評價，擬訂水環(huán)境管理對策及有關(guān)措施4、各水化因數(shù)檢測方法或系統(tǒng)，以監(jiān)測有關(guān)水化因數(shù)實際動態(tài)，為水環(huán)境管理提供依據(jù)

四、學(xué)習(xí)本課程的必要性—水產(chǎn)養(yǎng)殖1、創(chuàng)造良好水質(zhì)環(huán)境是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的三個基本要素之一核心的問題：種（優(yōu)良品種）、餌、水水——介質(zhì)：養(yǎng)殖對象生活，培養(yǎng)天然餌料水對養(yǎng)殖對象的重要性：供給氧氣、養(yǎng)分，容納廢物並促其分解、解毒，含“化學(xué)通訊物質(zhì)（Chemicalcommunicator）”2、從漁業(yè)發(fā)展方向看，水質(zhì)問題日趨突出淡水漁業(yè)發(fā)展三個階段狩獵似的漁業(yè)：不投餌、不施肥，不投放魚種，直接從天然水體獲得魚產(chǎn)品——捕撈漁業(yè)種植業(yè)似的漁業(yè)：選擇地投放魚種（濾食性、雜食性）、施肥（培養(yǎng)餌料生物）種植業(yè)、畜牧業(yè)兼似的漁業(yè)：選擇性投放各種食性的優(yōu)良魚種、水體施肥投餌精養(yǎng)（Intensiveculture）可能造成以下問題▲強化施肥、投餌：DO含量降低；有害物質(zhì)（如H2S、NH3、CH4等）水中積累使水質(zhì)惡化▲魚種放養(yǎng)密度大，代謝產(chǎn)物增加，魚類種群代謝產(chǎn)物抑制作用增強——探討和解決這些問題就需要瞭解水化學(xué)的基礎(chǔ)知識設(shè)施漁業(yè)——工廠化養(yǎng)魚自動監(jiān)測物理控制生物控制四、學(xué)習(xí)本課程的必要性—資源和環(huán)境環(huán)境過程和水水的地球化學(xué)迴圈

中國的水資源狀況●我國的水資源狀況—總量較豐富平均年降水量為6.19×1012m3平均降水深648mm，平均河川徑流量2.7×1012m3，合徑流深284mm約占全球徑流總量的5.8%，居世界第6—人均佔有量比較貧乏人均佔有年平均河川徑流量（2260m3）●不足世界平均值的1/4●美國人均佔有量的1/6●前蘇聯(lián)的1/8●巴西的1/19●是加拿大的1/58●我國水資源的供需矛盾突出—時空分佈不均勻年降水量基本呈現(xiàn)由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減的趨勢●東南沿海徑流深1200mm，西北乾旱地區(qū)小於50mm，甚至為0●南方人均河川徑流可達(dá)3600m3，北方地區(qū)人均僅720m3，僅及南方人均的1/5●我國北方農(nóng)村、城市都嚴(yán)重缺水●南水北調(diào)工程—東線工程2002年底開工：解決京、津和華北地區(qū)缺水問題—中線工程2003年底開工—東、中、西三線調(diào)水工程都完成後，將形成我國水資源調(diào)配的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，做到水資源的合理利用，減少資源浪費●我國的缺水狀況不會根本改變節(jié)約用水，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、節(jié)水的水產(chǎn)業(yè)是我國長期努力的目標(biāo)●重視水資源保護(hù)。減少水質(zhì)型缺水現(xiàn)象出現(xiàn)環(huán)境和人類健康環(huán)境影響評價食品安全五、“水環(huán)境化學(xué)”課程的內(nèi)容和教學(xué)要求1、教學(xué)內(nèi)容——講授水化學(xué)的一些基本原理，以更好理解水環(huán)境中發(fā)生的過程（重點是養(yǎng)殖水體）——水化學(xué)知識的綜合運用2、課程教學(xué)的基本要求基本概念（主要離子、溶解氣體、營養(yǎng)鹽類、有機(jī)物質(zhì)、有毒物質(zhì)），物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)係和水質(zhì)變化規(guī)律天然水中固相溶解與沉澱、氣體溶解與逸出、吸附與解吸、氧化與還原、配合與解離過程的基本理論，並具初步運用的能力污染物在水環(huán)境中動態(tài)（遷移和轉(zhuǎn)化）的一般規(guī)律。初步掌握毒物毒性的研究方法CONTENTSPart1養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)(AquaculturalEnvironmentalWaterChemistry)——理論講授30學(xué)時Part2水質(zhì)化學(xué)分析(ChemicalAnalysesofWaterQuality)——實驗20學(xué)時總學(xué)時：50學(xué)時WaterChemistryChapter1水化學(xué)基礎(chǔ)(BasisofWaterChemistry)Chapter2主要離子和pH值(MainIonsandpHValue)Chapter3溶解氧(DissolvedOxygen)Chapter4生物營養(yǎng)元素(NutrientElementsforPlant)Chapter5有機(jī)物質(zhì)(OrganicMatters)Chapter6有毒物質(zhì)(ToxicMatters)理論講授

ChemicalAnalysesofWaterQualityChapter7水化學(xué)調(diào)查基本知識(BasisofWaterChemistryInvestigation)Chapter8主要離子的測定(DetectionofMainIons)Chapter9溶解氣體和pH值的測定(DetectionofDissolvedGassesandpHValue)Chapter10有機(jī)物與營養(yǎng)元素的測定(DetectionofOrganicMattersandNutrientElements)實驗（Experiment）第一章養(yǎng)殖水化學(xué)基礎(chǔ)

§1.天然水體和養(yǎng)殖水體(NaturalWatersandCulturalWaters)§2.水及水溶液的一些物理性質(zhì)(SomePhysicalFeaturesofWaterandWaterSolution)§3.天然水體內(nèi)的一些化學(xué)反應(yīng)(SomeChemicalReactionsinNaturalWater)§4.天然水體的一些介面作用(InterfaceEffectsinNaturalWater)§5.養(yǎng)殖水體內(nèi)物質(zhì)的遷移過程(TransportationProcessofMattersinCulturalWaters)第一節(jié)天然水體和養(yǎng)殖水體●水質(zhì)(Waterquality)水的感官性狀（色、嗅、味、濁度等）物理化學(xué)性質(zhì)（溫度、電導(dǎo)率、氧化還原電位、放射性等）化學(xué)成分（各種無機(jī)及有機(jī)物）微型生物（種類、數(shù)量和形態(tài)）等●天然水體(Naturalwaters)：水質(zhì)受人為因素影響不大（某些湖泊、水庫和江河）●養(yǎng)殖水體(Culturalwaters)：從事養(yǎng)殖活動，水質(zhì)受人為因素干預(yù)較大（池塘、某些湖泊、水庫和江河）——比較天然水體：水化學(xué)性狀較穩(wěn)定，水化因數(shù)晝夜變幅不大，但存在季節(jié)變化（生物因素）養(yǎng)殖水體：水化性狀較不穩(wěn)定，水化因數(shù)晝夜變幅大，也有季節(jié)變化（生物）一、天然水水質(zhì)複雜多變性

ComplexityandVarietyofWaterQualityinNaturalWatersTheatomicstructureofawatermoleculeconsistsoftwohydrogen(H)atomsjoinedtooneoxygen(O)atom.水中溶存的物質(zhì)（1）種類繁多、數(shù)量懸殊（2）形式多種多樣（3）質(zhì)與量的組成，分散狀態(tài)、存在形式，都不斷運動變化1、表現(xiàn)種類繁多10-610-510-410-310-210-110-0101102NaKMgCaSO4ClHCO3SiO2NPSrLiPbCsFBrI…河水中某些物質(zhì)的含量數(shù)量懸殊水中溶存的物質(zhì)（1）種類繁多、數(shù)量懸殊（2）形式多種多樣（3）質(zhì)與量的組成，分散狀態(tài)、存在形式，都不斷運動變化1、表現(xiàn)徐小清（1999），天然水化學(xué)成分分5類①溶解的氣體，如O2、N2、CH4及微量氣體②主要離子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-③生物原生質(zhì)或營養(yǎng)元素：與生命活動有關(guān)，主要是N、S、P、Fe、Si等④微量元素：含量極低，一般0.001～0.1mg/L，最低僅1.0×10-10

mg/L（Ra）⑤有機(jī)質(zhì)：成分複雜，常有機(jī)聚集體形式美國AlabamaAgriculturalExperimentStation分類：1)Gases:O2、CO2、N2、NH3、H2S、CH42)Mineralconstituents：usuallypresentasionsorcomplexorganicorinorganicmolecules3)Solubleorganicmatter4)Suspendedinorganicmatter5)Suspendedorganicmatter2、複雜多變的原因

Whycomplicatedandvaried?（1）為什麼複雜A.水是優(yōu)良的溶劑

雨水：1滴50mg從1km高空落下，“洗滌”16.3L空氣；1L雨水“洗滌”3.26L×105空氣空氣：O2、CO2、N2等氣體，雜質(zhì)常含NH4+、Ca2+、Mg2+、Na+、NO3-、Cl-、SO42-、HCO3-、微生物及塵埃地下滲流UndergroundSeepage水蒸氣Vapour海洋或內(nèi)陸水域OceanorInlandWaters大氣Atmosphere陸地Terrene地表徑流Runoff蒸發(fā)Evaporation下滲Seep降雨P(guān)recipitationFig.1-1WaterCycleinNatureB.在自然界不斷迴圈變化著A.

水體本身是一個複雜的多組分分散體系溶解有機(jī)和無機(jī)物：以離子、分子、離子對狀態(tài)存在，一定條件下可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)泡沫：產(chǎn)生氣提與浮選作用水生生物：生命活動中與水發(fā)生物質(zhì)交換2、為什麼多變？B.

水體物質(zhì)不斷運動變化，是一個開放體系氣——液介面：氣體溶解與逸散底——液介面：沉澱生成與溶解，即沉降與擴(kuò)散水的交換（包括物質(zhì)的輸入與輸出）結(jié)論：水體內(nèi)部物理化學(xué)變化、生物活動以及水體與相鄰體系的物質(zhì)交換是水質(zhì)多變的原因所在

——元素的存在形式元素的價態(tài)（具有可變化合價的元素常以不同價態(tài)出現(xiàn)）存在狀態(tài)（溶解、膠體、沉澱）結(jié)構(gòu)（原子與原子之間的結(jié)合方式，如共價、離子、配價）有效形式：對生物有益的形式有害形式——恒穩(wěn)狀態(tài)增補作用(supplementaleffect)：同一元素不論是質(zhì)與量的組成，還是分散狀態(tài)、存在形式，都不斷運動變化，有些變化可使水中某些物質(zhì)實際數(shù)量或濃度增大，稱為增補作用消耗作用(depletioneffect)：（實際數(shù)量或濃度減?。┖惴€(wěn)狀態(tài)：增補與消耗作用速率相等，即成動態(tài)平衡，此時物質(zhì)濃度可保持相對穩(wěn)定，即相當(dāng)於恒穩(wěn)狀態(tài)周日變化(dielfluctuation)（一天24小時的不同）季節(jié)變化(seasonalvariation)（一年四季的不同，周年變化）垂直分佈(verticaldistribution)（同一水體不同水層的不同）水準(zhǔn)(horizontal)分佈（同一水體不同水區(qū)的不同）二、水體環(huán)境機(jī)能與水體污染

EnvironmentalFunctionandWaterPollution水體(Waters)——水環(huán)境(WaterEnvironment)——水域生態(tài)系統(tǒng)(AquaticEcosystem)水環(huán)境（水域生態(tài)系統(tǒng)）生物：生產(chǎn)者、消費者、分解者非生物：有機(jī)物、無機(jī)物1、能量流動與物質(zhì)迴圈

Energy-flow&MaterialCycle（1）能量流動：植物將太陽能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的化學(xué)能，並沿食物鏈依次由一個營養(yǎng)級(trophiclevel)傳遞到下一個營養(yǎng)級，稱為能量流動生態(tài)系統(tǒng)中：能量流動起點是植物（高等、低等），所以植物稱為初級生產(chǎn)者CO2光能Solarenergy浮游植物Phytoplankton花鰱Bigheadcarp白鰱Silvercarp0.010.1無機(jī)鹽(Inorganicsalt)H2O1浮游動物Zooplankton0.1（2）物質(zhì)迴圈A．物質(zhì)迴圈與能量流動總是伴隨在一起進(jìn)行B．分解者（細(xì)菌）在物質(zhì)迴圈中占重要地位——它能將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物又被植物所利用C．養(yǎng)殖生產(chǎn)中，以碳、氧、氮、磷、硫等元素迴圈最重要固氮嫌氣分解固氮氨化硝化同化固氮擴(kuò)散擴(kuò)散沉降氨化同化逸散溶解N2有機(jī)NNO3-NO2-NH3N2有機(jī)NNO3-NO2-NH3N2有機(jī)NNH3沉積物N湖上層epilimnion湖下層hypolimnion脫氮氨化沉積物sedimentFig.1-2NitrogenCycleinALake2、養(yǎng)殖池塘中與能量流動、物質(zhì)迴圈密切相關(guān)的實際問題池塘：除植物利用太陽能，主要人為施入池塘能量（飼料、肥料）水庫、湖泊：太陽能利用——天然餌料池塘養(yǎng)殖中的結(jié)論：主要解決能量流動效率低的矛盾（1）淤泥——營養(yǎng)物質(zhì)與能量的“陷阱”（Energysink）（2）根據(jù)養(yǎng)殖對象營養(yǎng)需求加強飼料生產(chǎn)研究，提高飼料利用率（3）飼養(yǎng)環(huán)境欠佳A．溶氧不足B．廢物積累、有害物質(zhì)濃度高表1-1幾種肥料和飼料的飼料係數(shù)

Table1-1Consumingcoefficientofsomefertilizersandfeeds肥料和飼料種類餌料係數(shù)Fertilizers/FeedsConsumingcoefficient有機(jī)混合肥Organicmixedfertilizer40-50糞肥Manure25水草Aquaticmacrophyte80米糠Ricebrain6配合飼料Formulatedfeeds1.2～2.53、自淨(jìng)作用(self-purification)（1）Definition：水體承受一定污染物後，物理、化學(xué)、生物等作用過程使污染物得到淨(jìng)化。該作用沒有人為干預(yù)，故稱自淨(jìng)（有一定限度）物理：稀釋、懸浮物沉澱、吸附（濃度變?。┗瘜W(xué)：酸堿中和、重金屬離子被配合、沉澱反應(yīng)、氧化——還原反應(yīng)生物：微生物分解有機(jī)污染物、某些農(nóng)藥，某些魚類攝食有機(jī)物4、水體營養(yǎng)類型的確定從理論上講，能量流動、物質(zhì)迴圈、自淨(jìng)作用的速度、效率、通量都足夠大的水體才有高的生產(chǎn)性能，常稱為富營養(yǎng)型水體通量——單位時間內(nèi)水體三維空間內(nèi)（即水體各個層次）所進(jìn)行的能量流動、物質(zhì)迴圈和自淨(jìng)作用的大小湖泊類型Laketype夏季ALKSummeralkalinity(mN)TP(μg/L)TIN(μg/L)有機(jī)氮(TON)(μg/L)特貧營養(yǎng)型Super-oligo-trophic<0.2<5<200<200貧—中營養(yǎng)型Oligo-meso-trophic0.2~0.65~10200~400200~400中—富營養(yǎng)型Mesoeutrophic0.6~1.010~30400~650400~700富營養(yǎng)型Eutrophic

30~100650~1500700~1500超富營養(yǎng)型Supereutrophic>1.0>100>1500>1500Vollenweideretal(1968)以TN、TP和夏季ALK等水化因數(shù)為指標(biāo)將湖泊分為5類Wetzel（1975）綜合各方面的資料，列出了從超貧營養(yǎng)型到腐殖質(zhì)型共8個層次營養(yǎng)水準(zhǔn)的湖泊中浮游植物初級生產(chǎn)力及有關(guān)特徵營養(yǎng)狀態(tài)TrophicstateTN（mg/m3）TP（mg/m3）貧營養(yǎng)Oligotrophic20～2002～20中營養(yǎng)Mesotrophic100～70010～30富營養(yǎng)Eutrophic500～130010～90日本阪本提出的TN、TP標(biāo)準(zhǔn)分類營養(yǎng)狀態(tài)TrophicstateChl-a含量（mg/m2）貧營養(yǎng)Oligotrophic0.3～30中營養(yǎng)Mesotrophic2～15富營養(yǎng)Eutrophic10～500Seirgensew（1980）（參看顧丁揚，1988），葉綠素(Chl-a)的含量與湖泊營養(yǎng)狀態(tài)對應(yīng)關(guān)係★水體富營養(yǎng)化(Eutrophication)有機(jī)物降解生成無機(jī)營養(yǎng)物和氮、磷，以藻類可吸收的形態(tài)進(jìn)入水體，促進(jìn)藻類叢生。藻類死亡後，又分解出大量營養(yǎng)物，進(jìn)一步促進(jìn)藻類發(fā)展。結(jié)果溶氧下降，引起水質(zhì)惡化，魚類大量死亡吸收Assimilation★富營養(yǎng)化有時對養(yǎng)殖有益死亡Death藻類大量繁殖Massivereproductionofalgae(N、P)無機(jī)物Inorganicmatter(N、P)敗壞水質(zhì)Defilementofwaterquality魚產(chǎn)品Fishyield移出水體Removalfromwaters有機(jī)物Organicmatter耗氧Oxygendemand三、影響水質(zhì)特點及水體機(jī)能的因素

FactorsAffectonWaterFeaturesandWaterFunction各種物理（Physical）、化學(xué)（chemical）及生物（Biological）因素“水—氣”、“水—泥”、“水—懸浮物”、“水—生物”介面處發(fā)生的物質(zhì)交換、吸附、膠體行為等水溶液內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)：如中和、水解、配位、氧化——還原反應(yīng)等新相的生成或消失：如沉澱的生成與溶解、氣體的吸收與逸散等各類生物新陳代謝的生物化學(xué)反應(yīng)：特別光合作用和呼吸作用水的運動與停滯第二節(jié)水及水溶液的一些物理性質(zhì)

SomePhysicalQualityofWaterandWaterSolution一、水的熱膨脹、水體熱分層和季節(jié)流轉(zhuǎn)變化Thermal

Expansion，ThermalStratificationandSeasonalDynamicsofWaters1、鹽度對冰點和最大密度時溫度的影響(Effectofsalinityonfreezingpointandmaximumdensity)GasLiquidSolidDensity/Temperaturerelationshipfordistilledwater43201-1.332-2-3-4-505101520302524.6953540最大密度時的溫度溫度(℃)鹽度Salinity(‰)冰點-1小結(jié)（1）鹽度<24.7‰水體，最大密度時溫度與冰點間存在著反常的溫度體積效應(yīng)淡水(鹽度<1‰)（2）鹽度>24.7‰水體，符合正常的溫度體積效應(yīng)。當(dāng)表層水達(dá)到冰點凝固成冰時，冰還是浮於水面（冰中不含溶質(zhì)）2、水體熱分層和季節(jié)流轉(zhuǎn)變化（1）Definition水體熱分層（thermostratification)：受氣溫變化影響，垂直方向冷熱不均季節(jié)流轉(zhuǎn)變化：天然水體由於季節(jié)變化，垂直方向產(chǎn)生混合流轉(zhuǎn)（密度流）（2）水溫因溫度變化的幾種情況的討論A．水體由≤0℃向4℃升溫全同溫流轉(zhuǎn)期0℃1℃2℃4℃01020深度（m）2℃1℃4℃4℃4℃4℃1℃2℃3℃4℃B．由4℃繼續(xù)升溫4℃4℃4℃4℃10℃7℃5℃01020深度（m）25℃21℃9℃6℃5℃4℃躍溫層Metalimnion全同溫C．向4℃降溫25℃21℃9℃6℃5℃4℃01020深度（m）10℃6℃6℃6℃6℃6℃4℃4℃4℃4℃4℃4℃4℃4℃0℃2℃3℃01020深度（m）D．從4℃起繼續(xù)降溫0℃2℃3℃4℃4℃逆分層湖上層Trophogeniczone湖下層Hypolimnon4℃4℃4℃4℃22℃21℃9℃6℃5℃4℃t℃t℃t℃t℃0℃2℃3℃4℃4℃冰IceABCD躍溫層全同溫全同溫正分層逆分層（3）地區(qū)差異——四季分明的北方春季——4℃或4℃以下的混合流轉(zhuǎn)夏季——正分層秋季——4℃以上的混合流轉(zhuǎn)冬季——逆分層——一年之中溫差不大的南方春季、夏季——正分層秋季、冬季——4℃以上的混合流轉(zhuǎn)（4）應(yīng)該注意的幾個問題水體混合流轉(zhuǎn)期，風(fēng)的吹動可使流轉(zhuǎn)加快停滯分層期，風(fēng)的吹動可一定程度打破分層狀態(tài)風(fēng)大，時間長，水淺，分層可完全打破

A．我國北方夏、秋兩季，白天晚上溫差大，白天趨正分層，晚上趨混合流轉(zhuǎn)B．養(yǎng)殖生產(chǎn)角度，水體混合流轉(zhuǎn)利於水化學(xué)成分均勻分佈。但特殊情況下，水體極短時間內(nèi)迅速混合流轉(zhuǎn)會帶來災(zāi)難性影響二、水的透明度、水體營養(yǎng)分層TransparencyandTrophicStratificationofWater1.透明度及其測定（Detectionoftransparency)測定方法最常見兩種（1）塞奇圓盤（SecchiDisk）透明度（SD）將直徑為25m白色或黑白相間圓盤沉入水中，至恰看不到板面白色止，此時圓盤所處深度為SD（2）十字透明度法?內(nèi)徑2.8～3cm，長50～100cm玻璃管，上刻cm單位刻度，下安放白瓷片，片上具寬1mm黑十字及4個直徑1mm黑點?水倒入管內(nèi)，自管口垂直下看，直到十字完全消失時停止倒水?啟動彈簧夾逐漸放出水，直到明顯看到十字，而看不到黑點為止——此時管中水柱高度即透明度值2．養(yǎng)殖水體中影響透明度大小的因素及其意義影響因素較多：如粘土粒子有機(jī)碎屑浮游生物——通常對透明度大小起決定性作用浮游生物量大小和水體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)（溶解的N、P等）有關(guān)，故通過比較透明度大小可判斷水質(zhì)肥瘦，並決定是否施肥Alabama州Auburn大學(xué)C.E.Boyd以透明度大小作池塘是否施肥依據(jù)，在指導(dǎo)生產(chǎn)上取得良好效果：生產(chǎn)性能好的，一般15～50cm左右透明度太大要施肥，因從本質(zhì)上講池塘透明度的大小與浮游生物量大小有關(guān)我國高產(chǎn)魚池透明度一般15～40cm左右。如，珠江三角洲和江蘇無錫魚池平均透明度為32cm左右紫外紫藍(lán)綠黃橙紅300400500600700800波長Wavelength(nm)1m表面3m5m10m50m100m3．水體中太陽光吸收特點及水體營養(yǎng)分層（1）吸收特點被水吸收最少的有色光（500?附近藍(lán)綠光）恰是池塘藻類所選擇吸收最多的光，利於藻類生長進(jìn)入天然水體的光衰減很快，必致浮游植物垂直分佈不均（2）營養(yǎng)分層營養(yǎng)：供水生動物攝食的有機(jī)營養(yǎng)（主要指藻類）表水層（最表層和次表層）——光合作用強，主要表現(xiàn)為有機(jī)物合成，故曰營養(yǎng)生成層下層——光照弱，浮游生物量小，異養(yǎng)細(xì)菌對有機(jī)物分解佔優(yōu)勢，又稱營養(yǎng)分解層浮游植物量（或光合作用速率）最表層：光照太強，抑制藻類生長，故曰光抑制區(qū)下層：光照弱，限制藻類生長，故曰光限制區(qū)次表層：光適宜區(qū)水深營養(yǎng)生成層營養(yǎng)分解層“補償點”（Compensationpoint）：營養(yǎng)生成速率=分解速率補償點所在深度稱“補償深度”（Compensationdepth）例如無錫高產(chǎn)魚池補償深度78cm，平均透明度23cm，補償深度為透明度的2.4倍。一般魚池補償深度為透明度2倍左右意義：補償深度反映水體生產(chǎn)性能——在適宜的水深情況下，補償深度占水體總深度的比例越多越好有機(jī)營養(yǎng)合成速率補償深度實際產(chǎn)氧量為零（3）補償深度測定

有機(jī)營養(yǎng)分解速率=浮游植物光合作用=異養(yǎng)細(xì)菌分解活動產(chǎn)生氧氣=消耗氧氣A．理論依據(jù)B．直線內(nèi)插法求補償深度a)在水體表層（水深0.2m處）測出產(chǎn)氧量b)在水體中、下層找出產(chǎn)氧量為負(fù)值的某一深度（高產(chǎn)魚池一般在100cm左右）（第三章）第三節(jié)天然水體內(nèi)的一些化學(xué)反應(yīng)

Section3SomeChemicalReactionsinNaturalWaters天然水體中反應(yīng)類型多，反應(yīng)情況複雜，不可能、也沒必要討論每一具體反應(yīng)主要討論那些帶共性、且從水化學(xué)角度看也是非常重要的一、溶液中的離子平衡反應(yīng)Ionicequilibriumreactionsinsolutions

弱酸、弱鹼電離平衡金屬離子水解平衡配合平衡1．特點（1）反應(yīng)速度較快，較短時間內(nèi)達(dá)平衡。環(huán)境條件改變時，平衡迅速移動（2）達(dá)化學(xué)平衡後，多元弱酸、弱鹼和金屬離子以不同形式存在，例如：電離：H2CO3≒H++HCO3-;HCO3-

≒H++CO32-

稱不同形式的CO2水解：M3+

+OH-≒M（OH）2+M（OH）2+

+OH-≒M（OH）2+M（OH）2+

+OH-≒M（OH）3M（OH）3+OH-≒M（OH）4-不同形式的M配合：M2+

+Cl-≒MCl+MCl+

+Cl-≒MCl2MCl

2+Cl-≒MCl3-不同形式的M2、討論元素不同存在形式的意義不同存在形式對水生生物的作用和某些化學(xué)反應(yīng)影響完全不同Cu2+

有Cu（OH）+、Cu（OH）2等，隨環(huán)境pH值不同，各形式對生物毒性不一樣不同形式CO2，CO32-比例大，[Ca2+]↓；[H2CO3]高，[Ca2+]增大3．元素各種形式計量關(guān)係（配合平衡為例）（1）M中心離子，電荷省去，A配位體：M

+A

≒MAK1=[MA]/[M]·[A]MA

+A

≒MA2K2=[MA2]/[MA]·[A]MA2

+A

≒MA3K3=[MA3]/[MA2]·[A]MA3

+A

≒MA4K4=[MA4]/[MA3]·[A]*M、MA、MA2、MA3、MA4稱不同形式的M，而[M]+[MA]+[MA2]+[MA3]+[MA4]=CM

（2）

求累積平衡常數(shù)並消元令β1、β2、β3、β4為相應(yīng)累積平衡常數(shù)β1=K1=[MA]/（[M]·[A]）β2=K1·K2=[MA2]/（[M]·[A]2）β3=K1·K2·K3=[MA3]/（[M]·[A]3）β4=K1·K2·K3·K4=[MA4]/（[M]·[A]4）調(diào)整上述各式，得到各種形式M的實際含量：[MA]=[M]·[A]·β1[MA2]=[M]·[A]2·β2[MA3]=[M]·[A]3·β3[MA4]=[M]·[A]4·β4因[M]、[A]（游離M、A濃度）較易測得，而β1、β2、β3、β4也已知，故可用最簡形式求平衡系統(tǒng)中各形式M的濃度（3）

求各種形式M占CM的百分比：為f(M)、f(MA)、f(MA2)、f(MA3)、f(MA4)f[M](%)=[M]/CM=[M]/([M]+[MA]+[MA2]+[MA3]+[MA4])=1/(1+β1[A]+β2[A]2+β3[A]3+β4[A]4)=1/(1+∑βi[A]i)f[MA](%)=[MA]/CM=[M]·[A]·β1/CM=f[M]·[A]·β1

同理f[MA2](%)=f[M]·β2·[A]2f[MA3](%)=f[M]·β3·[A]3f[MA4](%)=f[M]·β4·[A]4通式f[MAi](%)=f[M]·βi·[A]i

例如：

H2CO3≒H++HCO3-K1=[H+]·[HCO3-]/[H2CO3]HCO3-≒H++CO32-K2=[H+]·[CO32-]/[HCO3-]根據(jù)上面的公式推導(dǎo)：CO32-相當(dāng)於M，HCO3-相當(dāng)於MA，H+相當(dāng)於Aβ1=1/K2β2=1/K1·1/K2f[CO32-](%)=1/(1+1/K2[H+]+1/K1·1/K2[H+]2)=K1·K2/（K1·K2+K1[H+]+[H+]2）f[HCO3-](%)=f[CO32-]·1/K2[H+]=K1[H+]/（K1·K2+K1[H+]+[H+]2）-12-10-8-6-4-200.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0HgCl42-HgCl2Hg2+HgCl+HgCl3-lg[Cl-]分額(mol/L)不同Cl-濃度下，2價汞的離子型與分子型的分佈Distributionofionicandmoleculartypesof2-valueHgunderdifferentCl-concentrations-14-12-10-8-6lg[OH-]02468HgOH+Hg（OH）2Hg2+1.00.80.60.40.20.0分額（mol/L）pH2價汞的分子型和離子型在不同pH條件下的分佈—兩圖均表明，金屬離子的配合與配位體的濃度密切相關(guān)：配位體濃度越高，越有於形成高配位數(shù)的配合物—Hg+為中心體、Cl-與OH-配位體二、沉澱反應(yīng)PrecipitationReaction

水體內(nèi)沉澱反應(yīng)，對養(yǎng)殖生產(chǎn)極重要、關(guān)係最密切有4類

1．類型碳酸鹽的沉澱：CaCO3、MgCO3等

鹼度、硬度及緩衝性能磷酸鹽的沉澱：AlPO4、FePO4、Ca3(PO4)2

PO43-有效化金屬氫氧化物沉澱：Al(OH)3、Fe(OH)3、Cu(OH)2等

金屬鹽類治療魚病有效濃度大??；養(yǎng)殖水體絮凝作用金屬硫化物的沉澱：FeS、CuS

減弱H2S對水生生物毒性有良好作用2．條件溶解度（S’）與條件溶度積（Ksp’）25℃時，難溶化合物在純水中配成飽和溶液，測定計算溶解度和溶度積——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的S和Ksp，或傳統(tǒng)的溶解度和溶度積天然水體和淡水養(yǎng)殖水體內(nèi)，比標(biāo)準(zhǔn)狀況情況複雜得多，溫度，不是純水，pH值規(guī)律變化，所以金屬離子的水解、配合，鹽效應(yīng)等對難溶鹽類溶解影響極大如果直接把標(biāo)準(zhǔn)狀況下溶解度和溶度積常數(shù)值用於考慮生產(chǎn)問題，往往與理論上存在較大偏差，為此引出所謂條件溶解度和條件溶度積S’和Ksp’：難溶鹽類在天然水體內(nèi)（即非標(biāo)準(zhǔn)情況下）的溶解度和溶度積隨水體溫度、溶液組成、pH等條件變化而變化，與傳統(tǒng)S和Ksp不同，不是固定值，常比傳統(tǒng)值大得多3．溶度積與條件溶度積（表觀溶度積）的關(guān)係溶解、沉澱反應(yīng)常伴隨其他化學(xué)反應(yīng)和各種介面作用，因此，從難溶固體晶格上溶解下來的離子往往會參加上述各類過程，從而使某些離子的自由離子濃度偏離離子的總濃度由於水體陰陽離子間靜電作用相互牽制，使得自由離子的有效濃度下降。但許多分析測得的是離子總濃度因此計算某種難溶固體溶解度時，採用表觀溶度積較方便（1）溶解度與溶度積間的關(guān)係設(shè)有下列沉澱的溶解溶解MXAY(固)XM+YA（電荷去掉）……①沉澱

當(dāng)達(dá)到平衡時，有：Ksp=[M]X·[A]Y………②設(shè)該固體的溶解度為S(mol/L)，則[M]=X·S[A]=Y·S…………③將③代進(jìn)②得：Ksp=(X·S)X·(Y·S)Y，故得S=(Ksp/(XX·YY))1/(X+Y)如果換成是S’和Ksp’，則有S’=(Ksp’/(XX·YY))1/(X+Y)

（2）Ksp’與Ksp之間的關(guān)係由於天然水體組分十分複雜，與溶解、沉澱反應(yīng)同時發(fā)生的許多副反應(yīng)往往難於在理論上加以推算，所以對於某些水體，Ksp’的數(shù)據(jù)一般從實驗推出，然後歸納成經(jīng)驗公式，在實際中加以應(yīng)用若固體MXAY溶解的部分電離後，其中M離子和A離子可能發(fā)生水解、配位等反應(yīng)設(shè)水解後M離子總濃度CM(M3+、M(OH)2+、M(OH)2+、M(OH)3)；配合後各A離子總濃度CA(A、MeA+、MeA2、MeA3)Ksp’=(CM)X·(CA)Y令[M]占CM的百分含量為fM，[A]占CA的百分含量為fA，即[CM]=[M]/fM，[CA]=[A]/fA，則Ksp’=([M]/fM)X·([A]/fA)Y=([M]X·[A]Y)/(fMX·fAY)=Ksp/(fMX·fAY)★Ksp’=Ksp/(fMX·fAY)三、氧化——還原反應(yīng)反應(yīng)前後元素化合價發(fā)生變化（即存在形式變化），元素性質(zhì)也發(fā)生變化N→NO2-、NO3-、NH3S→H2S、SO42-Cr→CrO42-、Cr3+重點討論：整個水體的氧化——還原狀態(tài)，以便對水質(zhì)管理提供依據(jù)

1．天然水體的氧化——還原電位（Eh）（1）決定天然水體Eh的因素從氧化——還原反應(yīng)角度看，天然水體是一個複雜的氧化——還原體系這個體系是由許多無機(jī)和有機(jī)單氧化——還原體系（或單的氧化——還原電對）構(gòu)成2X：O2/H2O、S/S2-、SO42-/S、NO3-/NO2-、Fe3+/Fe2+、…等有機(jī)物（氧化型）/有機(jī)物（還原型）這些單氧化——還原體系的氧化——還原電位各不相同，那麼整個水體這個複雜的氧化——還原體系，其電位由什麼來決定呢？和各個氧化——還原體系之間的電位存在什麼關(guān)係呢？幾個單氧化——還原體系同時存在時，則複合體系的電位介於各個單體系電位之間，而接近於含量較高的單體系電位某一單體係數(shù)量較其他單體系高得多，則複合體系電位幾乎等於存在量多的單體系電位，該體系稱“決定電位體系”一般情況，氧體系是決定電位體系含大量有機(jī)物質(zhì)水體：可能有機(jī)質(zhì)體系2．Eh-pH圖（Eh-pHdiagram）

我們現(xiàn)在討論的氧化——還原反應(yīng)，通常在水溶液中進(jìn)行，且大多數(shù)氧化——還原反應(yīng)的電對、電勢都隨pH變化而變化以pH值為橫坐標(biāo)，以Eh為縱坐標(biāo)作出電對Eh值隨pH變化關(guān)係圖，稱Eh-pH圖

Eh—pH圖水的氧化區(qū)水的還原區(qū)(H2O→O2)水的穩(wěn)定上限水的穩(wěn)定下限(H2O→H2)Eh=-0.059pHEh=1.22-0.059pHpHEh水的穩(wěn)定上限(Upperlimitofwaterstability)和水的穩(wěn)定下限(Lowerlimitofwaterstability)（1）從Eh-pH圖的結(jié)構(gòu)水的氧化——還原與兩個電對有關(guān)：2H++2e=H2(g)Eo=0O2(g)+4H++4e=2H2O(l)Eo=+1.22據(jù)Nernst方程，若p(H2)=1atm、p(O2)=1atmE2H+/H2

:E=Eo+(0.059/2)·lg[H+]2/p(H2)E=-0.059pHEO2/2H2O:E=Eo+(0.059/4)·lgp(O2)·[H+]4/1E=1.22–0.059pHa)當(dāng)任一氧化劑在某pH電極電勢>EO2/2H2O，這個氧化劑就會將水氧化而分解出O2，如：∵EF2/2F-Eo=+2.87；EO2/2H2OEo=+1.22∴2F2+2H2O=4HF+O2↑b)當(dāng)任一還原劑在某pH值電極電勢<E2H+/H2，就將水還原而分解出H2，如：∵ENa+/NaEo=-2.71；E2H+/H2Eo=0∴2Na+2H2O=2NaOH+H2↑c)當(dāng)任一還原劑在某pH值電極電勢<EO2/2H2O、同時>E2H+/H2，水既不能被氧化、又不能被還原自然環(huán)境的任一個部分，如水、土、氣等也都有相應(yīng)的氧化——還原電勢，且也依pH值變化而變化即是說:自然環(huán)境中任一個部分在Eh-pH圖中都佔有一定的位置這些自然環(huán)境處於Eh-pH圖的哪一部分呢？土壤水亞表層水礦床氧化帶水某些環(huán)境水在Eh-pH圖中的大致位置A．環(huán)境的任一個部分，據(jù)其Eh值和pH值，在Eh-pH圖中都有一個相對的位置，這樣便可以用Eh-pH圖來反映環(huán)境的氧化——還原狀態(tài)

B．凡具可變化合價的元素，隨著它所處環(huán)境電勢與pH不同，其存在價態(tài)也不同

可以通過某自然環(huán)境在Eh-pH圖中的位置確定某一元素的化合價態(tài)（即環(huán)境的氧化——還原狀態(tài)決定環(huán)境中元素的價態(tài)）

（2）Eh-pH圖的作用例如：根據(jù)不同形態(tài)的鉻在Eh-pH圖中的分佈情況來看，由Cr3+向CrO42-過渡是在弱酸性環(huán)境到弱鹼性環(huán)境，而且氧化——還原電位在0.4～0.5V之間根據(jù)這一點，果然在pH=8，Eh=0.4V的某些乾旱沙漠中發(fā)現(xiàn)K2CrO4

C．從水產(chǎn)生產(chǎn)的角度來看，確定某一水體在Eh-pH圖中的位置，可以判斷元素的存在形式，以及元素的遷移轉(zhuǎn)化方式與途徑，進(jìn)而確定管理措施水體和底泥的層次不同，氧化——還原狀態(tài)不同，元素的存在形式也不同

e.g.東海某站位沉積物柱樣氧化還原電位3.7-1097.2715—203.6-1187.4610—153.8-987.215—105.3-907.113—51.7+667462—30.57+707.501—20.29+1027.550—1—+4247.71底層水酸揮發(fā)性硫

mol·g-1幹泥Eh(mv)pH深度(cm)(洪家珍，《東海海洋》)第四節(jié)天然水體的一些介面作用介面（Interface）：不同相的物質(zhì)之間的接觸面。天然水體記憶體在著許許多多的介面宏觀上：氣——液介面；水——底質(zhì)介面微觀上：水體中大量的懸浮物及膠體粒子與水之間也存在著巨大的介面物質(zhì)在介面處，表現(xiàn)出一些特殊的物理現(xiàn)象和物理化學(xué)現(xiàn)象吸附作用、絮凝作用和離子交換作用一、吸附作用1、溶液表面的吸附現(xiàn)象處在物質(zhì)（液體或固體）表面上的質(zhì)點（如分子、離子或原子），其受力狀況與物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點受力狀況不同

液體內(nèi)部的分子，其周圍各方向都被其他（同類或不同類）分子包圍，它所受分子間各個方向的引力對等而均勻，所受力場對稱而飽和

也就是內(nèi)部質(zhì)點處於一種平衡狀態(tài)

e.g.液體表面同空氣接觸的分子，其受力情況不同：它們一方面受液體內(nèi)部同類分子的吸引，另一方面又受大氣中氣體分子的吸引由於氣體分子的密度比液體密度小得多，所以對於液體表面分子而言，來自液體內(nèi)部和大氣兩個方面的引力大小差異很大，液體內(nèi)部的分子吸引>>氣體分子的引力液面的分子所受引力是不對等、不均勻的，所受力場是不對稱、不飽和的

也就是表面質(zhì)點不平衡狀態(tài)也就是表面質(zhì)點不平衡狀態(tài)●所以，在液體表面上的質(zhì)點總是處於一種不平衡狀態(tài)，即有剩餘的作用力。這樣一個一個分子都有剩餘的力，表現(xiàn)在整個液面上有較高的表面能

液體表面較大的表面能，↓，

達(dá)平衡狀態(tài)可通過兩個途徑來實現(xiàn)減小液體表面積減小表面張力，即液面藉以吸附其他物質(zhì)來降低表面張力液體表面的吸附現(xiàn)象是液面自發(fā)趨向於降低表面能的結(jié)果這種表面能可以用數(shù)學(xué)式表示：E=S·σ，其中S為表面積，σ為表面張力能降低液面表面張力（表面能）的物質(zhì)，稱為表面活性物質(zhì)通常是呈鏈狀的有機(jī)物分子，鏈狀8-12C原子，分子不對稱：一端為親水的極性基團(tuán)，如-OH、-COOH、-SO3H、-NH2等；另一端是憎水（親氣、親油）的非極性基團(tuán)，如烴基（-R）。即其為兩親分子2、表面活性物質(zhì)這種二親分子在水體內(nèi)部，其親水端要受到水分子的吸引，憎水端受到水的排斥顯然，這種二親分子在水體內(nèi)部處於一種不安穩(wěn)狀態(tài)，而當(dāng)它到達(dá)液面時，把極性的親水端浸留在水中，而把憎水端伸入空氣中大量的二親分子集結(jié)在水的表層，從而產(chǎn)生了明顯的吸附作用，也大大降低了溶液的表面張力

正吸附：溶液表面濃度增大負(fù)吸附：溶液表面濃度減小吸附平衡：養(yǎng)殖水體中，液面的這種吸附有可能形成有機(jī)皮膜，阻礙液面的氣體交換，降低進(jìn)入水體的太陽能；有機(jī)物集結(jié)在表面，有利於有機(jī)物的分解礦化

3、固體從溶液中的吸附固體表面與液體表面一樣，也具有很大的表面能，因此固體可從溶液中吸附其他物質(zhì)，而降低表面能然而固體在溶液中吸附較液體表面的吸附情況要複雜得多：它既不是一種單純的物理現(xiàn)象，也不是單純的的化學(xué)現(xiàn)象，而在許多情況下是二者兼而有之

大都是具有廣闊的表面積的顆粒材料例如，最常見的吸附劑活性炭，1g重活性炭表面積可達(dá)1000m2象這樣具有巨大表面積的吸附劑還有活性陶土、矽酸凝膠、土壤小顆粒等，它們都具有強大的吸附能力

A．吸附劑非極性吸附劑極性吸附劑疏水性強，對水溶液中溶質(zhì)的吸附能力強（如活性炭）活魚運輸、無酚蒸餾水

對水有較高的親和力，從溶液中吸附溶質(zhì)的能力差（如矽膠）實驗室中矽膠一般作為乾燥劑應(yīng)用

特性類別B．吸附物——被子吸附劑吸附的物質(zhì)■非電解質(zhì)（弱電解質(zhì)）：稱分子吸附，被吸附的難易決定於這種非電解質(zhì)對水的親和力和溶解度的大小■電解質(zhì)（離子）：稱為離子吸附，包括離子選擇吸附和離子交換吸附兩種

吸附劑與吸附物作用後的產(chǎn)物靠範(fàn)德華力吸附形成的複合物、靠某種化學(xué)鍵形成的吸附、幾種吸附物在吸附劑表面富集活化發(fā)生反應(yīng)C．吸附複合物當(dāng)吸附物是非電解質(zhì)時產(chǎn)生的吸附，也稱為物理吸附，即靠範(fàn)德華引力形成的吸附特點：吸附力小，熱效應(yīng)低，不穩(wěn)定，易解吸可出現(xiàn)多分子層吸附——範(fàn)德華引力的作用範(fàn)圍大，往往可繞過一個分子再吸引其他分子，故可形成多分子層吸附

a)靠範(fàn)德華力吸附形成的複合物b)靠某種化學(xué)鍵形成的吸附，如氫鍵、離子鍵、配價鍵活性炭對硝基化合物的吸附就是活性炭上的C=O基與-NO2之間形成的配價鍵特點：吸附力大，熱效應(yīng)高，生成物較穩(wěn)定，解吸比較困難為單分子層吸附（化學(xué)吸附）——因為固體表面作用於化學(xué)吸附的基團(tuán)與被吸引物作用後再不可能產(chǎn)生多餘的吸附力

最典型的例子：工業(yè)上以Fe作催化劑合成氨氮吸附於Fe的表面，活化成為氮原子，而存在於Fe表面的N原子又與H2發(fā)生反應(yīng)生成氨N2+Fe→2Fe-N2Fe-N+3H2→2NH3+2Fe在這種情況下，吸附劑還有催化作用：c)幾種吸附物在吸附劑表面富集活化發(fā)生反應(yīng)D.吸附平衡

固體在溶液中對溶質(zhì)的吸附是一個可逆的過程，即經(jīng)一段時間後可達(dá)成吸附平衡當(dāng)溫度固定，達(dá)吸附平衡時，固體對溶質(zhì)的吸附與溶質(zhì)的濃度間的關(guān)係可用弗蘭德利希（Freundlich）經(jīng)驗公式來表達(dá)：Y/M=KCna)屬經(jīng)驗公式，理論根據(jù)不充分b)其中K值和n值物理意義不甚明確c)不同吸附劑對一種吸附物以及同一種吸附劑對不同吸附物其K值和n值不同

該公式的特點：如骨炭對幾種物質(zhì)的吸附常數(shù)：吸附物Kn醋酸2.091.92丙酮5.121.92異戊醇7.933.85溴23.122.94在生產(chǎn)實際中運用到這個公式時，常常需要求算K值和n值

▲作圖法對④式取對數(shù)得lgY/M=lgK+lgC其中C和Y/M可以通過若干次試驗得到一系列數(shù)據(jù)，這樣就可以以lgC為橫坐標(biāo)、以lgY/M為縱坐標(biāo)作圖

AOlgKlgY/MlgCαn=tgα，從圖中可以看出，它表示吸附量隨著吸附物濃度增加的強度，即吸附劑對吸附物濃度增加的敏感程度lgK=OA，從圖中可看出，lgK是lgC=0、即C=1時的吸附量，它可表示吸附劑的基本吸附能力

▲計算法設(shè)Y/M=Q，可以通過兩次試驗得到相應(yīng)的兩組值——C1和C2及Q1和Q2，這樣就可以列出二元一次方程組：lgQ1=lgK+nlgC1lgQ2=lgK+nlgC2解之得lgK=(lgQ1·lgC2—lgQ2·lgC1)/(lgC1—lgC2)n=(lgQ1—lgQ2)/(lgC1—lgC2)絮凝作用在養(yǎng)殖水體中經(jīng)常發(fā)生著，在對水質(zhì)進(jìn)行管理時，有時就是通過某種方法促進(jìn)絮凝作用來改善水質(zhì)：如生石灰、黃泥漿水等的使用絮凝作用是膠體粒子失去穩(wěn)定性後表現(xiàn)出的一種結(jié)果二、絮凝作用1、膠體的結(jié)構(gòu)與帶電

固定層擴(kuò)散層（非活性層）（可動層）或簡作[、nA-

+（K-x）B+]xB+[、決定電位離子+反離子]反離子雙電層內(nèi)層雙電層外層膠核或粘土結(jié)晶膠?；蛘惩廖⒘?、膠團(tuán)、膠胞核膠核——由幾十到幾千個分子組成。胞核形成後，可能通過三種途徑之一帶電（1）離子同晶替代作用。如MSi(OH)4膠核，其中Si4+如為Al3+所置換，則必使整個膠核帶負(fù)電荷，被置換離子越多，所帶電荷越多（2）膠核表面某些基團(tuán)的電離或水解：腐殖質(zhì)膠核表面-COOH的電離→COO-；Mg(OH)3·nAl(OH)2+的水解（3）離子選擇吸附使膠核帶電：mAgI·nI-，mAgI·nAg+

由於帶電離子的聚集，形成了電位差總電位（Ψ電位）——固體粒子表面與溶液主體分界間的電位差動電位（ζ電位）——固定層與溶液主體分界之間的電位差2、膠體的穩(wěn)定性（1）水化膜的遮罩作用水化離子圍繞膠粒一周，形成厚厚的水化膜，對膠體的穩(wěn)定性起保護(hù)作用（2）ζ電位的影響膠體溶液中，無數(shù)膠?？赏ㄟ^熱運動相互接近。但由於同種膠體膠粒帶相同電荷，同種電荷產(chǎn)生電場相互排斥。它們在運動中可相對接近，但都不能絕對靠近3、使膠體發(fā)生絮凝的方法（1）加電解質(zhì)加入電解質(zhì)，增加擴(kuò)散層和吸附層中反離子濃度，從而對膠核表面電荷產(chǎn)生更大的遮罩作用，降低ζ電位，增加膠粒間有效碰撞，促成絮凝作用所加電解質(zhì)中常為多價金屬離子，其水解後也能發(fā)生絮狀沉澱，故稱混凝劑（2）高分子橋連物的作用長鏈狀、有支鏈，如聚丙烯醯胺(PAM）溶膠或懸濁液的微粒對高分子物質(zhì)有強烈吸附作用。各微?？扛叻肿拥倪B接作用構(gòu)成某種集群體，結(jié)合為絮狀物，從而破壞了溶膠體系的穩(wěn)定性高分子把微粒連接到一起，好似微粒間的橋樑，因此可形象地稱粘結(jié)架橋作用反應(yīng)4聚合物過量時的初級吸附粒子聚合物穩(wěn)定粒子（無空位）反應(yīng)5絮凝物裂解強烈或長時間攪拌絮凝粒子絮凝粒子碎片重新穩(wěn)定的絮凝粒子碎片絮凝粒子碎片反應(yīng)6聚合物的二次吸附反應(yīng)3聚合物的二級吸附不與另一粒子的空位接觸失穩(wěn)粒子複穩(wěn)粒子粒子失穩(wěn)粒子反應(yīng)1聚合物適量時的初級吸附聚合物反應(yīng)2絮凝物的形成絮凝作用絮凝粒子失穩(wěn)粒子說明：在養(yǎng)殖生產(chǎn)水質(zhì)管理中，沒有人為給水體加進(jìn)聚合物這個操作過程，但水生動物代謝的某些有機(jī)物，在養(yǎng)殖水體中發(fā)生聚合物作用，這種作用通常稱生物凝聚（3）加助凝劑通過吸附或混凝作用，助凝劑充當(dāng)凝結(jié)核心，增加了凝結(jié)核心的重量促成絮凝魚池缺氧急救，灑黃泥漿水的作用機(jī)理便是如此（4）加電性相反的溶膠疏液溶膠——對電解質(zhì)比較敏感的溶膠。少量電解質(zhì)就促成絮凝，許多無機(jī)膠體屬此親液溶膠——對電解質(zhì)不太敏感。即加多量電解質(zhì)才絮凝。許多有機(jī)膠體為此類乳粒積並——親液溶膠的多個粒子合併為一個較大的粒子而凝結(jié)（原理：自動趨向於降低表面能）

三、離子交換作用IonExchange離子交換作用實際上是一種特殊的固體表面的吸附過程這種吸附作用雖可從溶液中吸附某種離子，但須以釋放一定量相同電荷的離子為代價，所以稱離子交換吸附1、作用特點a)交換作用只發(fā)生在膠體反離子擴(kuò)散層因反離子擴(kuò)散層離膠核距離較遠(yuǎn)，受電位離子吸附力小，易發(fā)生交換b)交換作用以相同電荷的離子嚴(yán)格按等電荷數(shù)關(guān)係進(jìn)行c)各種離子交換能力不同，與離子的電荷、濃度、半徑等有關(guān)底泥的表觀酸度——底泥間隙水中H+所表現(xiàn)的酸度底泥膠體上所吸附的陽離子總數(shù)，稱陽離子交換容量(Cationexchangecapacity,CEC)mmol(1/nMn+)/100gdrymud，即毫克當(dāng)量陽離子/100克幹底泥這是以單位電荷離子為基本單元的物質(zhì)的量濃度2、池塘底泥的表觀酸度和潛在酸度從離子組成來看，陽離子分兩類：鹼性陽離子(Basiccation)：Ca2+、Mg2+、NH4+、Na+、K+；酸性陽離子(Acidiccation)：Al3+、Fe3+、H+，其中可交換性的H+一般較少而Al3+較多Mud-Al3+

≒Al3++3H2O≒Al(OH)3↓+3H+在底泥膠體上，酸性陽離子占總陽離子的比例稱為堿的不飽和度底泥的潛在酸度——由底泥堿的未飽和度可能造成的酸度。堿的未飽和度越大，潛在酸度也越大例題：Cationsmmol(1/nMen+)/100gdrymud

1/2Ca2+5mmol/100g1/2Mg2+2mmol/100gK+1mmol/100gNa+0.25mmol/100gNH4+0.1mmol/100g1/3Al3+4mmol/100g陽離子總數(shù)12.35mmol/100g酸性陽離子總數(shù)4mmol/100g該底泥堿的未飽和度為4÷12.35=0.323、提出潛在酸度的意義在改造酸性水體時，除要考慮底泥的表觀酸度外，還應(yīng)考慮潛在酸度，即要減小底泥堿的未飽和度，這樣才能從根本上提高酸性水體pH整個反應(yīng)的淨(jìng)結(jié)果是Al3+離開膠粒形成Al(OH)3↓，水中H+被中和，pH值上升。底泥可交換性陽離子Al3+被Ca2+取代而降低堿的未飽和度1、概念的提出比較清潔的水：只能儘量縮小表面積水溶液中表面活性物質(zhì)：可降低表面張力，因而氣泡內(nèi)壓力不會明顯增大；又由於表面活性物質(zhì)聚集在氣泡的氣——液介面，使泡沫變厚，增加膜的機(jī)械強度具表面活性的物質(zhì)也叫起泡劑或泡沫穩(wěn)定劑四、泡沫的氣提或浮選作用浮選與氣提作用：當(dāng)水中形成穩(wěn)定的氣泡時，水中各類細(xì)小雜質(zhì)濃集在氣泡內(nèi)，並隨氣泡一起帶至液面，這一過程便稱為氣提或浮選作用細(xì)小雜質(zhì)：粘土粒子、大分子有機(jī)物等從養(yǎng)殖生產(chǎn)角度看，並沒有人為造成氣提或浮選作用。但天然水體或養(yǎng)殖水體存在這種過程如：浮游植物量大，光合作用旺盛造成溶氧過飽和而產(chǎn)生氣泡；水體底質(zhì)層有機(jī)分解產(chǎn)生某些氣泡

形成氣提或浮選作用

2、研究該作用的目的這種作用在養(yǎng)殖水體中帶來的後果：（1）促進(jìn)水體微表層（有機(jī)皮膜）的形成（2）降低了水體的有機(jī)負(fù)荷（3）可使部分分散的、細(xì)微的無機(jī)和有機(jī)顆粒濃集，成為較大顆粒（4）可能使魚苗患?xì)馀莶〉谖骞?jié)

養(yǎng)殖水體內(nèi)物質(zhì)的遷移過程一、溶質(zhì)在水體和生物間的交換步驟細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)同化廢物從體內(nèi)進(jìn)入環(huán)境廢物由生物膜到溶液主體生物膜營養(yǎng)鹽類遷移透過生物膜進(jìn)入體內(nèi)1、被動遷移（被動吸收）—消極吸收方式（1）依靠物質(zhì)的擴(kuò)散進(jìn)行，物質(zhì)進(jìn)入生物膜只能順著濃度梯度進(jìn)行溶質(zhì)擴(kuò)散時在單位路程上濃度變化值順著濃度梯度，即由高濃度到低濃度當(dāng)水體內(nèi)被吸收物質(zhì)的濃度比生物體內(nèi)高時，這種吸收才得以順利進(jìn)行兩者之間的濃度差越大，吸收速率也越大。（如：對O2的吸收和CO2的排出）二、溶質(zhì)進(jìn)入生物膜(Biologicalmembrane)的遷移特點（2）物質(zhì)進(jìn)入生物膜不需要生物自身消耗能量因這種吸收方式是順濃度進(jìn)行，只要環(huán)境中濃度高於生物內(nèi)的濃度，這種擴(kuò)散可自發(fā)進(jìn)行，不需生物本身消耗能量2、主動遷移（主動吸收）