中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_环境化学第三章2
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环境化学与监测 复习题页数:6
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环境化学第3.2章水环境化学水中无机污染物的溶解和沉淀课件
纯水封闭体系中金属碳酸盐的溶解度
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
20
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐 四、碳酸盐在开放体系的溶解度（二价金属）
[H2CO3*] = KHpCO2 [CO32-] = K1K2KHpCO2/[H+]2
pH＞pK2（10.33） pK1＜pH＜pK2 （6.35~10.33） [Me2+] ≈ Ksp[H+]2/K1K2KHpCO2 pH＜pK1（6.35）
第三章/第二节 水中无机污染物的迁移转化
2.3 溶解和沉淀
溶解/沉淀对迁移过程的影响
溶解/沉淀影响金属化合物溶解度，溶解度决定随水迁移能力 溶解度大，迁移能力大；溶解度小，迁移能力小
溶解/沉淀理论
溶解/沉淀受反应平衡和反应速率控制(化学热力学和动力学控制) 固－液平衡体系中，用溶度积来表征溶解度
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.3 硫化物
二、金属硫化物的溶解度（以二价金属为例）
1. 金属硫化物的沉淀－溶解平衡
MeS (s) ⇌ Me2+ + S2-
[Me2+] = Ksp/[S2-]
2. H2S的电离平衡
H2S ⇌ H+ + HS- K1 = 8.9×10-8
HS- ⇌ H+ + S2-
= 2.532×10-3 mol/L
15
第三章/第二节/2.3 溶解和沉淀
2.3.4 碳酸盐
一、碳酸盐的沉淀－溶解平衡（以二价金属为例）
MeCO3 ⇌ Me2+ + CO32[Me2+] = Ksp/[CO32-] = Ksp/(CTα2)
H2CO3* ⇌ HCO3- + H+
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》教案
RH + HO
RO2 + H2O
RCHO + HO
RC（O）O2 + H2O
RCHO + hν
RO2 + HO2 + CO
HO2 + NO
NO2 + HO
RO2 + NO
NO2 + R’CHO + HO2
RC（O）O2 + NO
NO2 + RO2 +CO2
终止反应：
HO + NO2
HNO3
RC（O）O2 + NO2
O + O2
NO2 + hν （4） 亚硝酸和硝酸的光离解
NO + O
HNO2 + hν HNO2 + hν HNO3 + hν （5） 二氧化硫对光的吸收
HO + NO H + NO2 HO + NO2
SO2 + hν （6） 甲醛的光离解
SO2*
H2CO + hν H2CO + hν （7） 卤代烃的光离解
HO + SO2
HOSO2
HOSO2 + O2 SO3+ H2O 与其他自由基反应
HO2 + SO3 H2SO4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CH3CHOO + SO2
HO2 + SO2
2、环境化学效应
3、环境生物效应
三、环境污染物在环境各圈的迁移转化过程简介
1、 污染物的迁移与转化 2、 迁移方式 3、 转化方式 4、 污染物在多介质中的迁移、转化和循环
举例：大气—水—土壤
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境监测》课件_第七讲
• • • • 2.4 腐殖质与重金属元素 /Humus and heavy metal elements 胡敏酸螯合物与元素沉积（难溶） /Humus acid complex and element sedimentation • 富里酸与元素迁移（易溶） • /Fulvic acid and element transfer
二、土壤污染的概念： /Concept of soil pollution
• 人类活动产生的污染物进入土壤并累积 到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。 • /The pollutants from human activities accumulate in the soil to certain content, then aggravate soil quality.
2．影响土壤元素含量的土壤化学因素 /Soil chemical factor
• 2.5 酸碱性、氧化还原性与元素的迁移与 富集 • /Acid-alkaline, oxidation-reduction and transfer and accumulation of element.
• 2.6 元素自身的性质与行为（P130，污染 物） • /Character and action of element itself
第七讲 土壤污染及土壤元素背 景值监测
Soil pollution monitoring and background monitoring
一、相关知识 / Knowledge
• 1．成土因素对土壤元素含量的影响 • /Influence of soil-forming factor on soil element content. • 1.1 母质：元素含量的总体因素和基本来 源 • /Mother rock: basic origin of element content.
二、土壤污染的概念： /Concept of soil pollution
• 人类活动产生的污染物进入土壤并累积 到一定程度，引起土壤质量恶化的现象。 • /The pollutants from human activities accumulate in the soil to certain content, then aggravate soil quality.
2．影响土壤元素含量的土壤化学因素 /Soil chemical factor
• 2.5 酸碱性、氧化还原性与元素的迁移与 富集 • /Acid-alkaline, oxidation-reduction and transfer and accumulation of element.
• 2.6 元素自身的性质与行为（P130，污染 物） • /Character and action of element itself
第七讲 土壤污染及土壤元素背 景值监测
Soil pollution monitoring and background monitoring
一、相关知识 / Knowledge
• 1．成土因素对土壤元素含量的影响 • /Influence of soil-forming factor on soil element content. • 1.1 母质：元素含量的总体因素和基本来 源 • /Mother rock: basic origin of element content.
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境化学》课件_第二章 水环境化学
表面张力 溶解能力 介电常数 电离度 密 度 透明度 热传导 氢键 偶极矩 存在状态
2. 3 水质标准和水质指标
2.3 水质标准和水质指标
一、水质标准 水质标准是环境质量标准的重要组成部分。所谓环境质 量标准就是环境中的污染物具有法律效力的限量。包括 环境水质标准和污水排放标准两大类。前者又分为饮用 水质标准、渔业用水质标准，工业用水质标准等多种； 后者如工业“三废”排放标准等。理论上讲，排放标准 首要应当以保障环境水质标准为基本目标。 水质标准的确定是以保护人体健康和生态平衡为目的， 用客观的科学数据表示各污染物在适合于一种较高要求 的生态系统生存的水体中所允许的限量。同时还要考虑 具体的自然条件和国家的经济技术条件等因素。所以各 国的水质标准有明显的差异
凝固点 (摄氏度) 沸 点 （摄氏度） 偶极矩 (德 拜 ) 汽化热 (千焦/摩) 融化热 (千焦/摩) 生成热 (千焦/摩)
化合物
H2O H2O推测 H2S H2Se H2Te
0 (-95) -85.2 -65.7 -51
100 (-80) -60.3 -41.3 -2.2
1.84 (2.58) 1.10 0.40 ＜0.20
2.1 水在地球上的分布及水循环
一、天然水的分布 二、水循环
三、我国水资源状况
2.1
水在地球上的分布及水循环
全 球 水 量 分 布 比 例
2.1 水在地球上的分布及水循环
表2-1 地球上各种水的储量
序 号 类 别 水储量 (万亿m3)
1338000 23400 12870 10530 16.5 24064.1 300.0 176.4 85.4 91.0 11.47 2.12 1.12 12.9 1385984.61 35029.21
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境监测》课件_第二讲
第二讲 环境监测质量保证 （Quality Assurance）
第一节
实验室基础工作
第一节
实验室基础工作
• 一、天平精度分级及环境分析要求
1．级别：级值=名义分度值/最大荷载 （天平上有标识） 例如：0.1mg(名义分度值)/200g(最 大荷载)=5×10-7 2．环境分析要求：一般为3级，即 5×10-7
第一节
实验室基础工作
• 三、实验室用纯水
1．普通用水，见表1
表1 纯水级别及其适用范围表
指标 全物质最高含量（mg/L） 最高电导率(μ S/cm，25℃) 最高电阻率(MΩ ·cm, 25℃) pH (25℃) KMnO4 保色时间(分) 用途 级别 1 0.1 0.06 16.66 6.8-7.2 60 配标准水样 级别 2 0.1 1.0 1.0 6.6-7.2 60 超痕 级别 3 1.0 1.0 0.2 6.5-7.5 10 痕 级别 4 2.0 5.0 0.2 5.0-8.0 10 ppm
级值与级别的关系
级别 级值
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 ×10-4
（ 1 2 5 ） （ 1 2 5 ） （ 1 2 5） ×10-7 ×10-6 ×10-5
第一节
实验室基础工作
• 二、玻璃仪器的级别及环境分 析要求
1．级别种类：A、A2、B、零： 无级，如：“吹” 2 ．要求：凡影响化学计量的仪 器，如容量瓶，移液管，滴 定管等，要求用A级。
第一节
实验室基础工作
（3）无氟水 A 蒸馏水 1L+NaOH （ 1g ） +AlCl3 （0.1g）→重蒸馏 B 离子交换法使水质达0.2-5μS/cm
第一节
第一节
实验室基础工作
第一节
实验室基础工作
• 一、天平精度分级及环境分析要求
1．级别：级值=名义分度值/最大荷载 （天平上有标识） 例如：0.1mg(名义分度值)/200g(最 大荷载)=5×10-7 2．环境分析要求：一般为3级，即 5×10-7
第一节
实验室基础工作
• 三、实验室用纯水
1．普通用水，见表1
表1 纯水级别及其适用范围表
指标 全物质最高含量（mg/L） 最高电导率(μ S/cm，25℃) 最高电阻率(MΩ ·cm, 25℃) pH (25℃) KMnO4 保色时间(分) 用途 级别 1 0.1 0.06 16.66 6.8-7.2 60 配标准水样 级别 2 0.1 1.0 1.0 6.6-7.2 60 超痕 级别 3 1.0 1.0 0.2 6.5-7.5 10 痕 级别 4 2.0 5.0 0.2 5.0-8.0 10 ppm
级值与级别的关系
级别 级值
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 ×10-4
（ 1 2 5 ） （ 1 2 5 ） （ 1 2 5） ×10-7 ×10-6 ×10-5
第一节
实验室基础工作
• 二、玻璃仪器的级别及环境分 析要求
1．级别种类：A、A2、B、零： 无级，如：“吹” 2 ．要求：凡影响化学计量的仪 器，如容量瓶，移液管，滴 定管等，要求用A级。
第一节
实验室基础工作
（3）无氟水 A 蒸馏水 1L+NaOH （ 1g ） +AlCl3 （0.1g）→重蒸馏 B 离子交换法使水质达0.2-5μS/cm
第一节
中国农业大学_807环境化学与环境监测_《环境监测》课件_第三讲
三、资料调研/ Data collection and study
• 3．污染资料/Pollution data • （ 1 ）污染物分布类型：点源、面源、流动源： 现状、历史 / Types of pollutant distribution: point source, non-point source, flow: status, history • （2）污染物：种类、排放量、迁移路径/ Pollutant: types, discharge quantity, route of transference • （ 3 ）环境影响调查：生态影响、环境病、景观 影 响 等 / Environmental impact investigation: ecological impact, endemic, sight impact, etc.
第三讲 环境监测方案设计
/Chapter 3 Project Designs for Environmental Monitoring
一、环境监测程序及监测设计内容 / Procedure and design
• 1．监测程序方框图 /Flow chart of monitoring processes 主要过程有：制定监测方案；进行监 测活动；监测质量保证 /Main processes: establishing scheme; monitoring; quality assurance
一、环境监测程序及监测设计内容 / Procedure and design
• 2．监测设计内容/Content of design • 监测目标 — 资料调研 — 初步方案（设计框 架） — 现场调查 — 方案设计 — 方案论证与 审批 — 实施计划 • /Monitoring objectives - data collection and studyprimary scheme (design frame) - on site exploration-scheme design- argumentation and examination and approval- implementation
环境化学全部ppt课件
20世纪70年代：出版一系列专著，建立一系列 研究计划。《增长的极限》
25
20世纪80年代：生命元素的生物地球化 学循环、化学品安全评价、全球变化及全球 性环境问题研究。
26
2.环境化学的定义 环境化学：环境化学是一门研究有害化学物质在
环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控 制的化学原理和方法的科学。
13
第一章 绪 论
1
环境化学
2
环境污染物
14
1. 环境问题(Environmental Problems)
1.1环境污染（Environmental pollution)
环境污染: 由于人为因素使环境的构成或状态发
生变化，环境素质下降，从而扰乱了生态系统和人 们的正常生活条件和生产条件，就叫做环境污染。
为是怎样的？ 3.SO2及潜在有害物质在环境中经过迁移转化将会
产生哪些危害，其危害机制如何？ 4.如何预防酸雨的产生或减缓酸雨产生的危害？
29
4. 环境化学的研究特点 ●从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现
象与变化的化学机制及其防治途径； ● 其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和
效应。 ● 污染物种类众多，形态多变；浓度低；分布广泛，
第三阶段：90年代以来 巩固和发展“持续发展”的战略思想。 ——把环境保护与经济、社会协调发展。
23
二、环境化学
1. 环境化学的发展 环境化学的发展：
孕育阶段：二次大战-1970年； 形成阶段：70-80年代； 发展阶段：80年代。
24
二次大战-20世纪60年代：研究环境中农药 （有机氯）残留行为。《寂静的春天》-卡逊
27
3. 环境化学的研究内容
有害物质在环境中存在的浓度水平和形态；
25
20世纪80年代：生命元素的生物地球化 学循环、化学品安全评价、全球变化及全球 性环境问题研究。
26
2.环境化学的定义 环境化学：环境化学是一门研究有害化学物质在
环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控 制的化学原理和方法的科学。
13
第一章 绪 论
1
环境化学
2
环境污染物
14
1. 环境问题(Environmental Problems)
1.1环境污染（Environmental pollution)
环境污染: 由于人为因素使环境的构成或状态发
生变化，环境素质下降，从而扰乱了生态系统和人 们的正常生活条件和生产条件，就叫做环境污染。
为是怎样的？ 3.SO2及潜在有害物质在环境中经过迁移转化将会
产生哪些危害，其危害机制如何？ 4.如何预防酸雨的产生或减缓酸雨产生的危害？
29
4. 环境化学的研究特点 ●从微观的原子、分子水平上，研究宏观的环境现
象与变化的化学机制及其防治途径； ● 其核心是研究化学污染物在环境中的化学转化和
效应。 ● 污染物种类众多，形态多变；浓度低；分布广泛，
第三阶段：90年代以来 巩固和发展“持续发展”的战略思想。 ——把环境保护与经济、社会协调发展。
23
二、环境化学
1. 环境化学的发展 环境化学的发展：
孕育阶段：二次大战-1970年； 形成阶段：70-80年代； 发展阶段：80年代。
24
二次大战-20世纪60年代：研究环境中农药 （有机氯）残留行为。《寂静的春天》-卡逊
27
3. 环境化学的研究内容
有害物质在环境中存在的浓度水平和形态；
中国农业大学807 环境化学与环境监测 考试大纲
中国农业大学大学2015年硕士研究生入学考试专业课考试大纲807 环境化学与环境监测考试大纲一、考试性质《环境化学》与《环境监测》考试是中国农业大学资源与环境学院环境科学与工程系硕士生入学考试科目之一。
大纲适用于中国农业大学究生院环境科学与环境工程专业硕士研究生入学考试。
《环境化学》与《环境监测》是环境科学与工程类专业的重要基础课程，其中环境化学包含了环境化学研究的内容、特点和发展动向，主要环境污染物的类别和它们在环境各圈层中的迁移转化过程，典型污染物在环境各圈层中的归趋和效应。
要求考生掌握基本概念、基本原理和计算方法，并具备综合运用所学知识分析和解决实际环境问题的能力。
二、评价目标（1）要求考生具有环境科学相关的基础知识（包括环境化学与环境监测）。
（2）要求考生具有利用环境科学相关基础知识分析发生在环境中一些化学变化的能力。
（3）要求考生具有利用环境科学相关基础知识进行环境化学、环境监测的计算能力。
三、考试内容《环境化学》考试内容包括以下七个部分。
（1）环境化学基本内容与绿色化学原理与应用（2）大气环境化学（3）水环境化学（4）土壤环境化学（5）环境化学与生物（6）典型污染物在环境各圈层中的转归与效应（7）环境污染修复方法和技术《环境监测》考试内容包括以下八个部分。
（1）环境检测基本内容（2）水和废水监测（3）大气和废气监测（4）固体废物监测（5）土壤污染监测（6）生物污染监测（7）噪声、环境放射性监测（8）监测过程的质量保证四、考试形式和试卷结构（一）考试时间考试时间为150分钟。
（二）答题方式答题方式为闭卷、笔试。
试卷由试题和答题纸组成。
答案必须写在答题纸相应的位置上。
（三）试卷满分及考查内容分数分配试卷满分为150分。
其中环境化学部分占80-90分，环境监测部分占60-70分。
（四）试卷题型比例试卷题型包括以下四个部分:（1）填空题每空1分共24分（2）选择题每小题2分，共20分（3）名词解释每小题3分，共30分（4）简答题每小题6分，共36分（5）论述题每小题15分共30分（6）计算题每小题10分共10分。
中农大环境化学课件第3章 水环境化学
将有关铅形态浓度的对数对pH 作图，可得Pb的溶解度与 pH的关系， 其中lg[Pb (OH)20]是一条与pH无关的水平线
-
-
第一节 水环境中的沉淀溶解反应
图中阴影所包围的区域为PbO(s)稳定存在的区域， 阴影以外的区域为溶解的铅形态，
[Pb(Ⅱ)T]=[Pb2+]+[ PbOH +]+[ Pb (OH)20]+[ Pb (OH)3¯]
AgF（离子晶格）的溶解度大于 AgCl（共价键） 2、对离子键化合物来说，溶解度随着离子半径的增大和电价 的减少而增加，Na3PO4、 Na2SO4 、 Na2CO3均易溶 ，而 Ca3(PO 4)2 、 CaSO4 、 CaCO3均难溶 。
第一节 水环境中的沉淀溶解反应
3、相互结合的离子半径差别愈小，其离子化合物愈牢固， 即难溶解。
= *Ks0 [H+]2 +*Ks1 [ H+]+ Ks2 +*Ks3 [ H+]-1 图中虚线所表示的是在pH = 9.5， [PbOH +] = [Pb (OH)20]， 即[PbOH +] – [Pb (OH)20] = 0时的情况
②
lg[Pb (OH)20] = – 4.4
③
lg[Pb (OH)3¯] = – 15.4 + pH ④
第一节 水环境中的沉淀溶解反应
可见除[Pb (OH)20]与pH无关外，其余3种铅形态都与溶液 中H+离子浓度有关，Pb2+、PbOH +、Pb (OH)20和Pb(OH)3---对 数值作为pH值函数特征线的斜率分别为–2、–1、0和 +1，
在用溶度积讨论无机化合物的沉淀溶解反应平衡，以及 这一反应对金属离子迁移、转化的具体影响时
-
-
第一节 水环境中的沉淀溶解反应
图中阴影所包围的区域为PbO(s)稳定存在的区域， 阴影以外的区域为溶解的铅形态，
[Pb(Ⅱ)T]=[Pb2+]+[ PbOH +]+[ Pb (OH)20]+[ Pb (OH)3¯]
AgF（离子晶格）的溶解度大于 AgCl（共价键） 2、对离子键化合物来说，溶解度随着离子半径的增大和电价 的减少而增加，Na3PO4、 Na2SO4 、 Na2CO3均易溶 ，而 Ca3(PO 4)2 、 CaSO4 、 CaCO3均难溶 。
第一节 水环境中的沉淀溶解反应
3、相互结合的离子半径差别愈小，其离子化合物愈牢固， 即难溶解。
= *Ks0 [H+]2 +*Ks1 [ H+]+ Ks2 +*Ks3 [ H+]-1 图中虚线所表示的是在pH = 9.5， [PbOH +] = [Pb (OH)20]， 即[PbOH +] – [Pb (OH)20] = 0时的情况
②
lg[Pb (OH)20] = – 4.4
③
lg[Pb (OH)3¯] = – 15.4 + pH ④
第一节 水环境中的沉淀溶解反应
可见除[Pb (OH)20]与pH无关外，其余3种铅形态都与溶液 中H+离子浓度有关，Pb2+、PbOH +、Pb (OH)20和Pb(OH)3---对 数值作为pH值函数特征线的斜率分别为–2、–1、0和 +1，
在用溶度积讨论无机化合物的沉淀溶解反应平衡，以及 这一反应对金属离子迁移、转化的具体影响时
环境化学-第三章-水环境化学-第二节-水中无机污染物的迁移转化
（c）之间的关系可用吸附等温线表达。
Henry 型等温线为直线型
G = k ·c
k：分配系数
Freundlich 型等温线
G = k ·c ·exp(1/n) lgG = lgk + 1/n lgc
Langmuir 型等温线
G = G0·c /(A+c)
1/G = 1/G0 + (A/ G0)(1/c)
①不同离子强度有不同VR曲线，呈指数下降； ②VA与粒子强度无关，只随颗粒间的距离变化； ③不同离子强度有不同的VT曲线；离子强度较小时，综合位能曲 线上出现较大位能峰，排斥力占优势，体系保持分散稳定状态；
离子强度较大时，双电层被压缩，Vmax 降低，一部分颗粒可能超 越该位能峰。
2、异体凝聚理论
②范德化引力和静电排斥力是仅有的作用因素 ③没有化学专属吸附作用 颗粒在水溶液中进行热运动，其平均动能为3/2 kT （2）理论描述 总的综合作用位能：VT = VR + VA VA——由范德华力产生的位能 VR——由静电排斥力所产生的位能
VHale Waihona Puke VRVTVmax
VA
d 两个离子靠得 很近时，要考 虑水化膜阻力
专属吸附：指在吸附过程中，除了化学键作用外，尚有加 强的憎水键和范德华力或氢键作用。该作用不单可以使表 面点荷改变符号，还可以使离子化合物吸附在同号电荷的 表面上。
项目 作用
离子交换吸附 离子交换作用
电性 表面电荷 动力学
同种电性不发生 不变
快速可逆
专属吸附
范德化力、化学键、氢键、 增水键
同种电性发生 可变
G0——单位表面上达到饱和时间的最大吸附量；
A——常数。
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层状硅铝酸盐，代表性矿物有水云母、蒙脱石、高岭石等。
粘土矿物的粒径比原生矿物小得多，是一种凝胶。
第四节
水中胶体物质及其吸附作用
2．金属水合氧化物
铝、铁、锰、硅等金属的水合氧化物在天然水中以无机高
分子及溶胶的形态存在。
3．腐殖质和有机胶体 腐殖质是一种天然的带负电的有机胶体。藻类、细菌及病 毒是一类天然的生物有机胶体。排入废水中的表面活性剂， 与泄漏在水中的油滴、憎水有机物质形成的乳浊液也类似 于有机胶体。
第四节
水中胶体物质及其吸附作用
半径在 0.1~1 nm 的颗粒的许多性质与胶体相类似，一般也
将其归为胶体物质。下面分别叙述天然水中的胶体物质的 类别。 1. 矿物微粒和粘土矿物 天然水中常见矿物微粒一般为原生矿物，主要有石英、长 石、云母类矿物，这类矿物颗粒较粗，构成了水中颗粒物 的主要部分。粘土矿物为原生矿物经化学风化作用而成的
第四节
水中胶体物质及其吸附作用
一、
天然水中的胶体物质
水环境中的胶体物质主要有无机胶体，有机胶体和无
机 — 有机复合胶体。这些物质根据它们的半径的不同而呈
现为凝胶或溶胶的形式，有些胶体物质通过静电聚合作用
凝聚在一起，可形成颗粒物。 对分散系的划分大致为：溶解半径 < 1 nm溶质的溶液称 为真溶液；溶解粒子的半径 > 1 nm属粗分散系统。其中半 径在1~100 nm 的为胶体分散系统，对应大小的固体超细粉 料即为所谓的纳米材料。
Ka1 Ka2 +H NRCOOH === +H NRCOO- === H NRCOO3 3 2
低pH 中等pH 高4．胶体的双电层 胶体表面存在电荷，使溶液中固液界面区域内电荷分布被扰 乱而形成局部的不均等分布，由此构成胶体的双电层。根据 一系列的由于静电吸引作用和热运动两种效应，所以在溶液
pH值而改变的电荷为可变负电荷（ pH依变电荷）。
第四节
水中胶体物质及其吸附作用
3．有机胶体表面性质
有机胶体中的腐殖质，其代表性的羧基、羟基、酚基较氨 基多，羧基、羟基、酚基在离解过程中，它们失去质子的 数量比氨基（同一腐殖质）得到质子的数量明显要多，因 此，腐殖质胶体在通常情况下其表面带负电荷。但像氨基 酸类胶体，其表面电荷的性质就要看它们所处的酸度环境 了，如：
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水中胶体物质及其吸附作用
三、水环境中颗粒物的吸附作用
一）吸附的一般概念
1.吸附的定义
•吸附(Adsorption)---- 溶质在固体表面或天然胶体表面上相对 聚集的现象.(溶质在固体表面或天然胶体表面上浓度升高，而
在液体中浓度下降的现象被称为吸附).但这种吸附是一种表观
吸附，通常称之为吸着(Sorption)。 •解吸(Desorption)----被吸附的溶质从固体表面离去的现象. •吸附剂(Adsorbent)---吸附溶质的胶体或固体被. •吸附质(Adsorbate)----被吸附的溶质。
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水中胶体物质及其吸附作用
4．水体沉积物
天然水体中各种环境胶体物质往往并非单独存在，而是相
互作用结合成为某种聚集体，即水体沉积物，它们既可以 悬浮在水中成为水中悬浮物，也可以沉降于水底，在水力 发生变化时又重现悬浮于水中。 5.藻类、细菌、病毒、油滴、表面活性剂
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水中胶体物质及其吸附作用
扩 散 层 构 成 的 电 性 相 反 的 电 层 叫 双 电 层 （ Double electric
layer）或扩散双电层
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水中胶体物质及其吸附作用
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5．胶体的电荷零点
胶体物质的最大特点为均含弱电离的基团，在一般情况下表 现出两性性质，即既能解离出OH-离子，也能解离出H+离子。 当其解离阴、阳离子的数量相等时，胶体所处溶液的 pH 值被 称为胶体物质的电荷零点（ZPC即The zero point of charge）， 有时也被称为等电点。 当胶体物质处于电荷零点时，其容易形成沉淀或被凝聚。
金属水合氧化物表面还可以通过氢键、范德华引力吸附 溶液离子而带电荷。
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水中胶体物质及其吸附作用
金属水合氧化物即能解离出OH-又能解离出 H+为两性胶体，
当解离阴阳离子的能力相等时，这时的胶体溶液的pH值称
为等电点（零电位），这一pH值时胶体不带电荷。
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2．粘土矿物胶体表面性质
二、胶体的表面性质
胶体物质在水环境中的许多行为来自其本身的表面性质。
首先，胶体物质具有比一般宏观物质大得多的比表面积。
其次，在其巨大的表面上带有电荷。 1．金属水合氧化物胶体表面性质 金属水合氧化物表面具有许多可以发生离解的活性基团。 在金属氧化物水化过程中，其表面产生许多水合羟基，这 些基团会在水中进一步发生离解，产生表面电荷。
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水中胶体物质及其吸附作用
第四节水中胶体物质及其吸附作用
化学物质在水中的迁移转化除了发生前面介绍的沉淀
溶解、配位及氧化还原等化学反应以外，还可发生吸附、
凝聚等物理化学反应。 由于天然水中重金属离子的浓度很低，在进行化学反 应之前，往往先是吸附在水中颗粒物或沉积物的表面，然 后再进一步发生化学反应。因此，水中胶体物质及其吸附 作用在化学物质的迁移转化中具有很重要的意义。
粘土矿物胶体是天然水体中最重要的一类无机胶体，其
组成与结构在土壤学中介绍。其表面电荷来源主要有★
矿物晶格内部同晶替换，如矿物中的铝氧八面体网格中
的铝被镁替换或硅氧四面体中的硅被铝替换，和★边缘
氢氧键的断裂，后一过程的机制与金属水合氧化物表面
产生电荷的过程相类似。
由同晶替换所产生的电荷为永久负电荷，这种电荷不受pH值的影响。随
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水中胶体物质及其吸附作用
如水合氧化锰：
在酸性介质中，发生下面反应而带正电荷： MnO2(nH2O)(s) + H+ → MnO2(n-1H2O)H3O+(s)
在碱性介质中，表面可失去H+而带上负电荷：
MnO2(nH2O)(s) + OH- → MnO2(n-1H2O)OH-(s) + H2O
中，与固体表面离子电荷相反的离子（反离子）只有一部分
紧密排列在固体表面上，距离约 1~2 个离子的厚度，并与固 体一起移动，这部分反离子和胶粒表面离子形成的带电层称
为紧密层或吸附层；另一部分反离子与固体表面的距离可以
从紧密层边缘一直扩散到溶液本体中，离固体愈近其浓度愈 高，形成电荷符号与吸附层电荷相反的扩散层，由吸附层和