第一节水分子结构天然水基本特征第一节水分子结构天然水基本特征一、水和水分子结构的特异性正是氢键的存在使水分子和同族分子相比具有特异性2、水的特异性水的物理化学性质在很多方面不符合常有规律而显示出特异性。具有较高的溶点和沸点如上图形显示，如果按照O在主族中的位置推测，水呈现液态的温度应是-100—-80摄氏度，换句话说，在目前的地球温度下水应该呈现气态。而事实上水为液态，因此在自然生态环境中具有不可估量的作用。例如保证了饮用、水生生物的生存、生命的进化等。热容量最大。在所有液体和固体中，水具有最大的热容量。沸点高。能够有效地调节温度的剧烈变化。溶解和反应能力强。常被称为通用溶剂。水具有极强的溶解能力，能够不同程度地溶解大量物质，当然包括污染物。具有很大的表面张力。水的表面张力仅仅次于水银。水提供了有机物和生命物质中H的来源。一些有机化合物都是以碳、氢、氧、氮等元素为基础形成的。这些元素的主要来源物质就是CO2和H2O。3、水的同位素组成水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上是18种水分子的混合物C32C31=18。当然H2O是最普通的水分子（包括H216O（99.73%）、H217O（0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水是重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O、T218O）。重水在自然界含量非常少，而且它是和反应堆的中子慢化剂，在大功率的原子反应堆中需要它，同时又是生产氢弹的原料，但是从普通水中提取重水要耗费非常多的能量。估计13万kWh/kg重水。超重水中的氚T是一种放射性同位素，能够放射出β射线。一般超重水用于医学、生物、物理、化学上的示踪剂。二、天然水的基本特征（1）天然水中的主要离子组成最主要的八大离子天然水中常见的八大离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。常见的八大离子占天然水中离子总量的95%-99%。水中这些主要离子的分类，常用来作为表征水体主要化学特征性指标。除上述的八大离子之外，还有H+、OH-、NH4+、HS-、S2-、NO2-、NO3-、HPO4-、PO43-、Fe2+、Fe3+等。一般水体中的特征离子海水中：一般Na+、Cl-占优势；湖水中：Na+、Cl-、SO42-占优势；地下水主要离子成分受地域变化影响很大，一般说地下水硬度高，就是其中Ca2+、Mg2+含量高，对于一些苦水或咸水地区，地下水中Na+、HCO3-含量较高；河水中所含有的部分Na+和大部分的Ca2+主要分别来源于硅酸盐和碳酸盐的风化、溶解；水中所含有的SO42-主要来自硫化物矿物和硫酸盐矿物（如石膏）的溶解。矿化过程和矿化度矿化过程：天然水中主要离子成分的形成过程，称为矿化过程；矿化度：矿化过程中进入天然水体中的离子成分的总量，以溶解总固体（TDS-TotaldissolvedSolid）表示一般天然水中的TDS可以表示为：TDS=[Ca2++Mg2++Na++K++Fe2++Al3+]+[HCO3-+SO42-+Cl-+CO32-+NO3-+PO43-]经常，近似地天然水中常见主要离子总量可以粗略地作为水的总含盐量（TDS）:TDS≈[Ca2++Mg2++Na++K+]+[HCO3-+SO42-+Cl-](2)天然水中溶解的金属离子水溶液中金属离子的表示式常写成Mn+,预示着是简单的水合金属阳离子M(H2O)xn+。它可通过化学反应达到最稳定的状态.酸-碱，沉淀、配合及氧化-还原等反应是他们在水中达到最稳定状态的过程。举例：水中可溶性金属离子可以多种形态存在。例如，铁可以Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe2(OH)24+、Fe3+等形态存在。这些形态在中性(pH=7)水体中的浓度可以通过平衡常数加以计算：Fe3++H2O=Fe(OH)2++H+[Fe(OH)2+][H+]/[Fe3+]=8.9×10-4[Fe(OH)2+][H+]2/[Fe3+]=4.9×10-7[Fe2(OH)24+][H+]2/[Fe3+]2=1.23×10-3假如存在固体Fe(OH)3(s)，则Fe(OH)3(s)+3H+=Fe3++3H2O[Fe3+]/[H+]3=9.1×103在pH=7时：[Fe3+]=9.1×103×（1.0×10-7）3=9.1×10-18mol/L将这个数值代入上面的方程式中，即可得出其他各形态的浓度：[Fe(OH)2+]=8.1×10-14mol/L[Fe(OH)2+]=4.5×10-10mol/L[Fe2