The Physical Chemistry of Natural Waters (Wiley - Interscience Series in Geochemistry) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Frank J. Millero

出品人:

页数:680

译者:

出版时间:2000-12-22

价格:USD 210.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471362784

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 自然水体
• 地球化学
• 水化学
• 环境化学
• 水质
• 溶解
• 平衡
• 界面化学
• 环境科学

水的物理化学：探寻自然水体的奥秘 自然界中，水是生命赖以生存的基石，更是无数化学反应的舞台。从宏伟的海洋到微渺的地下水，从浩瀚的天空到蜿蜒的河流，水以其丰富的形态和多样的性质，塑造着我们所见的地球。然而，我们对水的理解，远不止于其作为生命之源的简单认知。水的物理化学，是一门深入探索水体在各种物理化学原理支配下所展现出的复杂行为和相互作用的学科。它不仅揭示了水作为溶剂的独特性质，更解释了其在地球化学循环、环境过程以及生物活动中扮演的关键角色。 本书致力于深入剖析自然水体的物理化学本质，以期为读者构建一个全面而深刻的理解框架。我们所探讨的“自然水体”，并非单纯指代纯净的H₂O分子集合，而是包含溶解的离子、有机物、悬浮颗粒以及与之相互作用的气体等多种成分的复杂体系。理解这些成分如何溶解、迁移、转化，以及它们与水分子之间微妙的物理化学联系，是理解整个地球化学过程的基础。 第一章：水的结构与性质——理性的基石 本章将从微观层面出发，深入剖析水分子本身的独特性质。我们将详细阐述水分子为何具有如此独特的极性，以及这种极性如何促成了氢键的形成。氢键，作为水分子间最主要的相互作用力，是水展现出诸多反常性质的根本原因。我们将解析氢键网络的动态性，以及它如何影响水的密度、比热容、表面张力、粘度等宏观物理性质。 此外，本章还将探讨温度和压力对水结构和性质的影响。例如，为何冰的密度小于液态水，这一看似简单的现象背后，实则是氢键网络在不同相态下的重排所致，其对地球气候和生物圈有着深远的影响。我们还将审视水在不同压力下的压缩性，以及这些性质如何影响深海环境和地下水的行为。 第二章：溶液理论与自然水体的离子化学——溶解的艺术 自然水体绝非纯水，而是包含大量溶解离子和分子的复杂溶液。本章将聚焦于溶液理论在理解自然水体离子化学中的应用。我们将回顾热力学基本原理，如吉布斯自由能、焓和熵，并将其应用于离子在水中的溶解过程。重点将放在电解质溶液的性质，包括离子强度、活度系数的概念及其计算方法。这些参数对于准确预测离子在水中的行为至关重要。 我们将深入探讨多种关键离子的化学，包括主要的阳离子（如Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺）和阴离子（如Cl⁻, SO₄²⁻, HCO₃⁻, CO₃²⁻），以及它们在不同水体（海水、淡水、地下水）中的浓度差异和相互作用。我们将分析离子缔合、络合等现象，以及这些过程如何影响离子的有效浓度和反应性。特别是，我们将关注水体pH值和酸碱平衡的控制机制，包括碳酸盐缓冲体系的作用，这对水体的生物可利用性和化学环境至关重要。 第三章：氧化还原过程与自然水体的化学——转化的力量 水体中的氧化还原反应是物质转化和能量传递的关键驱动力。本章将系统介绍氧化还原反应的基本原理，并探讨其在自然水体中的重要性。我们将定义氧化还原电位（Eh）的概念，以及它如何指示水体的氧化还原状态。通过Eh-pH图，我们可以直观地预测不同氧化还原环境下，特定元素（如铁、锰、硫、氮）的稳定存在形式。 我们将详细分析水体中主要的氧化还原对，例如氧气还原、硝酸盐还原、硫酸盐还原、铁还原等。我们将探讨溶解氧的来源与消耗，以及其对水生生物生存的影响。同时，我们将关注有机物的氧化降解过程，以及其在水体物质循环中的作用。本章还将涉及金属离子的氧化还原行为，及其在环境中的迁移和富集。 第四章：胶体化学与自然水体的悬浮物质——界面的世界 自然水体中普遍存在着胶体颗粒和悬浮物，它们在水的物理化学过程中扮演着举足轻重的角色。本章将深入探讨胶体化学的基本概念，包括胶体的定义、形成机制以及其表面的性质。我们将重点关注胶体颗粒的表面电荷，以及双电层理论在解释胶体稳定性、絮凝和沉淀过程中的应用。 我们将分析不同来源的悬浮物质，如粘土矿物、有机碎屑、微生物细胞等，并探讨它们在水体中的行为。特别是，我们将关注胶体颗粒对污染物（如重金属、有机污染物）的吸附和传输作用。这对于理解水体自净能力和污染物在环境中的归宿至关重要。此外，本章还将探讨胶体在水体光学性质（如浊度、颜色）上的影响。 第五章：气体溶解与挥发——呼吸的平衡 气体在水中的溶解与挥发是水体与大气相互作用的关键过程。本章将阐述亨利定律，解释气体在液体中的溶解度与分压的关系。我们将探讨影响气体溶解度的因素，如温度、盐度以及其他溶解物质的干扰。 本章将重点关注溶解在水体中的关键气体，如氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）以及痕量气体。我们将分析这些气体在水体中的来源、消耗和迁移途径。例如，溶解氧的维持对于水生生物的呼吸至关重要，而二氧化碳的溶解则与碳循环和水体pH值密切相关。我们将探讨气体在水-气界面的交换速率，以及哪些因素会影响这一交换过程。 第六章：水-矿物界面化学——岩石与水的对话 岩石和矿物是自然水体重要的组成部分，它们与水之间的相互作用塑造着水体的化学组成。本章将聚焦于水-矿物界面的化学过程。我们将探讨矿物表面的溶解与沉淀反应，以及水分子与矿物表面官能团之间的相互作用。 我们将重点研究常见的岩石形成矿物，如硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和氧化物/氢氧化物矿物，并分析它们在不同pH和Eh条件下的稳定性。我们将深入探讨离子交换过程，即水体中的离子与矿物表面离子之间的相互替代，这对于解释水体硬度和微量元素含量至关重要。本章还将涉及矿物表面对有机物和无机污染物的吸附与解吸作用，以及这些过程对水质的影响。 第七章：水热体系的物理化学——地球深处的能量 水不仅存在于地表，更广泛地分布于地球内部，形成复杂的水热体系。本章将探讨高温高压条件下水的物理化学性质，以及这些条件对化学反应速率和平衡的影响。我们将研究溶解度随温度和压力的变化，以及蒸气压和临界点等重要概念。 我们将重点关注与水热活动相关的地球化学过程，例如热液喷口附近的化学反应，以及矿物溶解与沉淀在高温环境下的表现。我们将探讨在水热系统中，一些在常温常压下难以发生的反应，如有机物的转化和无机物的合成，是如何进行的。这对于理解地球内部物质循环和矿产资源的形成具有重要意义。 第八章：环境水体中的化学过程——应用与挑战 本章将前面各章节所阐述的基本物理化学原理，应用于分析和解决实际环境水体中的问题。我们将探讨不同类型的水体，如河流、湖泊、海洋、地下水以及湿地，在物理化学方面的独特性质和所面临的挑战。 我们将详细分析污染物的迁移、转化和归宿，例如重金属、有机污染物、营养盐（氮、磷）在水体中的行为。我们将探讨生物地球化学循环，如碳循环、氮循环、磷循环等，在水体中的具体体现，以及人为活动对这些循环的影响。本章还将涉及水体生态毒理学的基本原理，以及如何利用物理化学知识来评估和减轻水体污染对生态系统的影响。 结论：面向未来的水体研究 本书的最终目标是为读者提供一个坚实的物理化学基础，使他们能够更深入地理解自然水体的复杂性，并应对当前和未来水资源管理和环境保护方面的挑战。随着全球气候变化和人类活动的加剧，对水体物理化学过程的深刻认识显得尤为迫切。本书所涵盖的内容，将为科学家、工程师、环境规划者以及任何对水体科学感兴趣的读者，提供宝贵的知识和工具，共同致力于保护和可持续地利用我们宝贵的水资源。

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