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物理性质:
纯水是无色、无臭、无味、透明的液体。水的凝固点是0℃,沸点是100℃。水在4℃时密度最大,为1克/厘米3。水结冰时密度减小,体积膨胀。
水的化学性质
水分子构成
水的元素构成是氢和氧,其化学分子式用H2O表示,是一个键能很强的偶极分子,这是H与O原子的电子层结构决定的。在H-O键中共价键成分很高,其形式是等腰三角型,两个H-O键角为105°
此外,水分子间分子键强大,使水具有较高的溶点和沸点。这一特性使得自然界的水多数条件下以液态形态存在。离子健化合物在水中极易溶解。水中的各种溶质极易发生相互之间及其与水之间的各种化学反应,具有良好的对自然界物质的迁移、转化能力。即具有很强的溶解力。
水中的溶解物质
气体,在水循环过程中,大气中的N2、O2、CO2、Ar、He等气体都可能以不同的量溶于水中,在一些有机物富集的水体中,还常有CH4、H2、H2S等还原剂气体存在。
可溶盐类,水循环过程中水与岩土不断发生接触,从而溶解岩土中的可溶盐成份,如NaCl(盐岩)、CaCO3(方解石)、Na2SO4(石膏)等,这些可溶盐类在水中可呈中性分子及离子状态存在。例如方解石在水中溶解后极少量呈CaCO3,大多数由于水的介电常数很大而呈Ca2+?及CO2-3离子状态:
CaCO3(晶)? CaCO3
CaCO3(晶)? Ca2++CO2-3
随着盐类化合物组成元素的电价增高,或化学键中共价键性增强,化合物的解离程度迅速减小,例如Fe(OH)3? Fe3++3OH-的解离程度就很小,所以当Fe(OH)3溶于水中后, Fe(OH)3分子就是主要的存在形式.
胶体,当岩土中的一些难溶物质进入水中后,会以胶体形式存在。胶体质点具有特别大的比表面积,特殊的表面电荷及强烈的吸附作用等特性,使胶体溶液对难溶化合物(Fe(OH)3,Al(OH)3)迁移具有重要意义。胶体具强大的吸附能力,所以胶体溶液的形成,不仅会造成岩土中一些难溶物质的淋失,更会通过吸附作用而使岩土体中的一些微量元素如Cu、Co、Zn、Mo、V、P、Ba等发生流失。
影响水溶解能力因素
水的溶解能力受到溶质分子极性特征,温度、压力、水的pH值等因素的影响
溶质分子极性
水分子是偶极性分子,如果某一物质的分子也是极性分子,当它作为溶质进入水中时,必然会与水分子形成某一种形式的化学键而产生水合离子,由此导致这种物质在水中有较大的溶解度。这就是所谓“相似相溶”的规律。
温度
气体的溶解度随温度的升高而减小(表8.1)。其原因在于当温度升高时,大部分溶解的气体会因获取了能量而导致动能增加,于是挣脱溶剂分子束缚向溶液外逸出。
表8.1 某些气体在不同温度下的溶解度(L/L水,101325Pa)
气体
0℃
20℃
60℃
100℃
H2
0.02148
0.01819
0.0160
0.0160
O2
0.04889
0.03103
0.0195
0.0172
CO2
1.713
0.878
0.359
——
NH3
1176
702
——
——
固体物质在水中的溶解度随温度的升高却能发生两个方向的变化,一些物质的溶解度(如CaCO3、SiO2等)增加,另一些则会减小。但大部分固体物质在水中的溶解度会随温度的升高而增大。原因在于固体物质溶解需要吸收大量的热以便将溶质分子拉开,而升温正好提供了所需的条件。
压力
不同类型物质在水中的溶解度受压力影响的程度不同,固体物质受的影响小,而气体受的影响则十分显著。但总体而言,压力越大,物质在水中的溶解越大。
气体在水中的溶解随压力的升高而增大,其原因在于:当与液体相接触的气体压力增大时,气体分子与液体表面的碰撞次数增加,气体分子被液体存获的速度加快,因此,溶解于水中的气体量也就增加了。
在岩溶景观中,有一类现象称为泉华,即在地下水出口(泉口)处堆积大量的钙质、硅质成份。尤以钙华最为常见。究其原因,就是因为地下水流出地表时,压力骤降温度升高而使溶解的CO2逸出,进一步导致水中溶解的CaCO3成份发生沉淀所致
pH值
水溶液的酸碱度对物质在水中的溶解度有重大影响。常温常压下,纯水的pH值为7,天然水的pH值一般在4到9之间变动。
许多化合物的溶解度都与溶液的pH值有关系。一般来说,酸性氧化物,例如SiO2,随溶液碱性度的增加而溶解度增大。
SiO2+2H2O—→4H++SiO44-
H+浓度的减小,将有利于反应向右进行。中性(两性)氧化物,如Al2O3则是在强酸与强碱条件下溶解度增高,若水溶液偏中性(pH=7),则溶解极少。
弱酸根或弱碱离子的化合物在水中的溶解度则受到pH值的重大影响,最具代表性的是CaCO3,由于CO32-溶度受pH值控制,pH值增大时,CO32-浓度将增高,从而CaCO3溶解度下降。
金属氢氧化物的溶解度对pH值的变化反应更为敏感。绝大多数金属氢氧化物需要强酸条件才能溶解,pH值稍有升高就会发生沉淀
水是氧化物,它是由水分子组成的,物理性质是无色无味的液体,良好的溶剂,化学性质太多,初中主要是水能在通电条件下分解成氢气和氧气。2H2O=(通电)=2H2(上升箭头)+O2(上升箭头)
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