渔业水质管理技术讲座第二讲水的物理化学特性_熊炎成
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专题讲座
Hale Waihona Puke 渔业水质管理技术讲座第二讲 水的物理化学特性
! 熊炎成
现将与水产养殖密切相关的物理化学特 性简介如下: 密度: 水与其它物质一样, 受热时体积 %、 增大而密度降低, 俗称热胀冷缩。但在 ’! — 物质的标准。传统物理学将水的比热标准定 为" 。即 " 克水温度从 "%&’! 上升到 "’&’! 时所 需的热 量 为 " 卡 ( %&"( 焦 耳 )。 水 的 比 热 是 除 氨以外, 所有固体和液体中最高的一种。 如酒 精 和 甘 油 的 比 热 为 )&* ; 铁 和 铂 分 别 为 )&" 和 木料为)&+ ; 岩盐和泥沙为 )&$ 。从比较中 )&)* ; 可以看出水的比热之高。水的比热与温度的 冰 关系也不是直线的。 在*’, 时达到最小值。 ( 固 体 )的 比 热 只 有 水 ( 液 体 )的 "-$ , 为 )&’ 卡。 水的溶解热与比热一样, 也是除了氨以外 所 有 物 质 中 最 高 , 约 为 () 卡 - 克( **) 焦 耳 克 )。 常 见 的 铁 为 + 卡 - 克 ( $’ 焦 耳 - 克 ); 硫为 ( %) 焦 耳 ); 铅 为 ’&’ 卡 - 克 ( $* 焦 耳 - 克 )。 .&’ 卡 水的这种热物理性质能够储存和释放极多的 能量,对于保持环境温度、水温和生物体温 ( 无论是变温动 物 还 是 恒 温 动 物 ,含 水 量 占
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体 重 的 一 半 以 上 )相 对 稳 定 , 防止突然剧烈 变化, 将会起到很好的调节作用。 特别是机体 代谢过程中产生的热量,能有效地储存于体 液之中, 对于提高热能利用效率, 维持体温恒 定有重要作用。 表面张力和附着力: 水的表面张力为 !、 所有液体之冠。水温 "#$ 时的表面张力为 %& 达因 ’ 厘米。而酒精为 && 达因 ( 厘米; 丙酮为 &) 达因 ( 厘米; 汽油为 &* 达因 ( 厘米。水比这些液 体高出 " — & 倍。 水不仅表面张力巨大, 而且附 着力相当强。水的这种极高表面张力和较强 附着力, 能支撑鱼类、 浮游植物、 浮游动物悬 浮于水中,减少这些生物维持水中体位的能 量消耗。这种特性还可使细胞原生质表面积 缩减到最小程度,滞留在细胞内维持细胞生 理活性; 并有利于体液顺利地在血管、 淋巴管 和组织间隙中运动。 电解常数 ( 介电常数): 关于电解常数 )、 的理论较为复杂,涉及到物理和化学两门学 科。 为了便于对问题的讨论, 可以简单地理解 为水的两个相反电荷相互吸引的力。这种吸 引力对所溶物质分子与原子之间的各种静电 键内聚力具有破坏作用。溶液的电解常数越 高, 对各种物质的溶解强度也越大。 水的电解 常数在所有液体中最高。 +, 时为%)-. , &+, 时 为 #+ 。 由于水具有极大地溶解能力, 地球上绝 对不溶于水的物质几乎是没有。 在已知的 "+/ 种化学元素中, 已有近 *+ 种在天然水中检出。 使得各种物质能够源源不断地溶于水中, 为 生物的繁衍生息提供了所需营养。 电导率: 从理论上讲, 水是极性分子液 /、 体, 电导率很小。 因其具有较强的水解和电解 作用, 使它成为各种物质的良好溶剂。因此, 天然水都不是纯水,人们习惯地认为水的化 学 分 子 式 为 0&1 , 但 自 然 界 这 种 纯 净 的 0&1 ( 水 )是 不 存 在 的 ( 即使是在现代化的实验 室里,采用人工方法合成这种物质也极其困 难, 合成物存在的时间极为短暂)。水的电导 率随水中溶解物质的增多而增大,一般纯 ( 洁 )净 水 在 &+, 为 )-&2"+ 3.西 门 子 ( 米 ( 相当 于电阻 率 &!-# 兆 欧 ( 厘 米 )。 由 于 水 的 电 导 率 很小, 使水质呈中性, 保障了生命活动的顺利 进行。 溶解度: 了解和掌握水对各种物质的 .、 溶解度, 对于合理使用渔药、 水质改良剂和投 饵施肥有着重要作用。水中溶存的物质种类 繁多, 但因各自的性质不同, 在水中的溶解度 差别较大。 现将气体、 液体和固体三类物质的 溶解度简介如下: ( " )气 体 : 气体在水中的溶解量随着温 度、 压力和自身溶解系数的不同而变化。 当气 体溶于水达成平衡时的浓度称为溶解度。如 水温 "+$ 时在 " 个大气压条件下, 几种与水产 养殖相关的气体溶解度分 别 为 :氮 气 为 &!-& 毫 克(升 、 氧 气 为 /) 毫 克 ( 升 、 二 氧 化 碳 为 &!"# 毫克 ( 升、 硫化氢为 /""& 毫克 ( 升。 ( & )液 体 : 液体在水中的溶解度存在三 种情况。 第一种是与水一样, 分子具有极性的 液体, 如乙醇、 糖类等易溶于水。第二种是非 极性分子液体, 如碳氢化合物、 四氯化碳、 油 脂等, 则很难溶于水。第三种是混溶, 在某一 特 定 的 条 件 下 溶 解 。 如 酚 只 有 在 高 于 .!-/$ 时 才 溶 于 水 ;三 甲 胺 在 低 于 "#-/$ 时 才 能 以 任意比例溶于水;烟碱在两个临界温度之间 才是可溶的。 固体的溶解度一般是指结晶 ( ! )固 体 : 物质按给定质量溶剂中的最大溶质质量。各 种固体的物理性状千差万别,其溶解情况也 不尽相同。 通常将其归纳为以下三种形式: 第 一种为真溶液,真溶液又可根据溶质颗粒大 小分为二类。 一类是固体物质完全溶解, 溶质 颗 粒 小 于"纳 米 , 在溶液中均匀分布, 称为晶 体溶液。常见的电离的酸、 碱、 盐和非电离的 糖类分子。 另一类则是溶质颗粒在 " 纳米至 "+ 纳米之间, 被称为大分子溶液。 主要是一些无 机离子对和无机络合物。 第二种为胶体溶液, 俗称胶状悬浮体或假溶液。物质在水中以原 子或分子结合成团块,其颗粒大小在 "+ 纳米 至&+ 微米之间, 并明显存在非均匀体系。 常见 的有机络合物、有机螯合物和高分子有机物 都属于这一类。第三种为悬浮液,俗称乳浊 液。物质颗粒为 &+ — &++ 微米之间, 主要是泥 沙和有机碎屑等, 少数肉眼可见, 多数在光学 显微镜下可看见粒子。 ( 未完待续)
2! 之间却出现例外,此时随着温度的增高 , 水的体积并不增大, 反而缩小。水温 2! 时密 度最大。 通常物理学中把水温 2! 时的单位体 低于 积质量作为密度标准, % 立方厘米为 % 克。 完全冻结成冰时体积突 ’! 时体积继续增大, 然增加 ""# 左右。因此, 冰比水轻, 漂浮在水
面上,保证了水生生物在冰层覆盖水体中的 生物活动。 若水没有这种异常的密度变化, 结 冰从水底开始,并且大部分可能永远不会完 全溶解, 对水生生物就会造成灭顶之灾。 比热和溶解潜热: 水的比热 ( 单位体 $、 积 热 容 量 )和 密 度 一 样 , 都是作为衡量其他