2-3 海水物理性质

1、第二章第二章 海水物理性质海水物理性质1 海水的物理性质海水的物理性质1.1 海水的温度海水的温度1.2 海水颜色海水颜色1.3 海水透明度海水透明度1.4 海水的密度海水的密度 1.5 海水的比容海水的比容 2 海水的依数性质海水的依数性质1.1基本概念：理想溶液、拉乌尔定律基本概念：理想溶液、拉乌尔定律1.2 海水冰点海水冰点1.3 蒸汽压蒸汽压1.4 渗透压渗透压3 与输运有关的性质与输运有关的性质3.1 介电常数介电常数3.2 扩散扩散3.3 粘度粘度3.4 电导电导2-1 海水的物理性质海水的物理性质 一、海水的温度一、海水的温度 二、海水颜色二、海水颜色 三、海水透明度三、海水透明

2、度 四、海水的密度四、海水的密度 五、海水的比容五、海水的比容2-1 海水的物理性质海水的物理性质一、海水的温度一、海水的温度 海水的温度决定于海水的热量收支状况。海水的温度决定于海水的热量收支状况。 海水最主要的热量来源是：太阳辐射。海水最主要的热量来源是：太阳辐射。 其他来源：大气对海面的长波辐射、海面其他来源：大气对海面的长波辐射、海面水汽凝结、暖于海水的降水和大陆径流、水汽凝结、暖于海水的降水和大陆径流、地球内部向海水放出的热能。地球内部向海水放出的热能。 海水热量损失主要途径：海面蒸发。海水热量损失主要途径：海面蒸发。 其他途径：海面向空气的长波辐射和海面其他途径：海面向空气的长波辐

3、射和海面与冷空气的对流热交换。与冷空气的对流热交换。2-1 海水的物理性质海水的物理性质一、海水的温度一、海水的温度海水温度有明显的海水温度有明显的季变化季变化和和日变化日变化。水温的季变化主要取决于太阳辐射的季变化。水温的季变化主要取决于太阳辐射的季变化。水温季变化最为明显的海洋区域是：温带海洋。水温季变化最为明显的海洋区域是：温带海洋。温带海洋中温带海洋中,冬季海水中普遍存在混合层冬季海水中普遍存在混合层(等温层等温层),春季形春季形成较弱的温度梯度成较弱的温度梯度,夏季温度梯度增大夏季温度梯度增大,入秋后表水温度降入秋后表水温度降低低,混合层愈来愈深混合层愈来愈深,于是形成一个突出的变温

4、层。于是形成一个突出的变温层。水温日变化的最主要原因是：太阳辐射的日变化。水温日变化的最主要原因是：太阳辐射的日变化。最低水温通常出现在最低水温通常出现在4-8时时,最高水温出现在最高水温出现在14-16时时,日差日差一般不超过一般不超过0.4,在晴天或静风时在晴天或静风时,或在邻近大陆的浅海区或在邻近大陆的浅海区,日较差可超过日较差可超过1。表现水层深度一般只表现在深度。表现水层深度一般只表现在深度10-20m以内的水层中。以内的水层中。2-1 海水的物理性质海水的物理性质一、海水的温度一、海水的温度海水表层温度分布具有如下特征海水表层温度分布具有如下特征：1)平均温度变化于平均温度变化于-

5、1.7-30，最高水温并不位于赤，最高水温并不位于赤道上，而是出现在道上，而是出现在赤道以北，称为热赤道赤道以北，称为热赤道。 从热赤道向两极逐渐降低。从热赤道向两极逐渐降低。2)由于陆地集中于北半球，故北半球海水等温线分由于陆地集中于北半球，故北半球海水等温线分布不规则，而南半球等温线近似平行于纬线。同布不规则，而南半球等温线近似平行于纬线。同时，北半球水温略高于南半球同纬度的水温。时，北半球水温略高于南半球同纬度的水温。3)不同温度的洋流交会处，海水温度梯度最大，等不同温度的洋流交会处，海水温度梯度最大，等温线特别密集。温线特别密集。2-1 海水的物理性质海水的物理性质二、海水颜色二、海水

6、颜色海水的颜色决定于海水对太阳光线的吸收和反射状况。海水的颜色决定于海水对太阳光线的吸收和反射状况。肉眼中，海水是什么颜色？肉眼中，海水是什么颜色？太阳光中的红光、橙光和紫光进入海水后，在水深太阳光中的红光、橙光和紫光进入海水后，在水深20米米以内即被吸收，绿光、黄光和蓝光伸入得更深一些，极少以内即被吸收，绿光、黄光和蓝光伸入得更深一些，极少量蓝光能够伸进量蓝光能够伸进1000米以上。射入海水的光线除被吸收米以上。射入海水的光线除被吸收外，还要受到海水中悬浮微粒和水分子的散射，最后只剩外，还要受到海水中悬浮微粒和水分子的散射，最后只剩下蓝光，所以海水呈现蓝色。下蓝光，所以海水呈现蓝色。为什么有

7、的海水不是蓝颜色？为什么有的海水不是蓝颜色？海水中的浮游生物也吸收和反射太阳光，因而，生物丰富海水中的浮游生物也吸收和反射太阳光，因而，生物丰富的海水和没有生物的海水颜色不同。沿岸海水多绿、黄和的海水和没有生物的海水颜色不同。沿岸海水多绿、黄和棕色，部分原因便是由于生物丰富和河水带来泥沙所致。棕色，部分原因便是由于生物丰富和河水带来泥沙所致。2-1 海水的物理性质海水的物理性质三、海水透明度三、海水透明度 海水的透明度以海水的透明度以直径直径30厘米的白圆盘投入厘米的白圆盘投入海水中的可见深度来表示。海水中的可见深度来表示。 海水的颜色、水中的悬浮物质、浮游生物、海水的颜色、水中的悬浮物质、浮

8、游生物、海水的涡动、入海径流，甚至天空的云量海水的涡动、入海径流，甚至天空的云量都对海水的透明度有影响。都对海水的透明度有影响。 一般愈近大陆透明度愈低，愈近大洋中部一般愈近大陆透明度愈低，愈近大洋中部透明度愈高。透明度愈高。2-1 海水的物理性质海水的物理性质四、海水的密度四、海水的密度 单位体积内所含海水的质量叫海水密度，单位：单位体积内所含海水的质量叫海水密度，单位：克克/厘米厘米3。 它的大小取决于盐度、水温和压力它的大小取决于盐度、水温和压力(或深度或深度)，在，在数值上一般都大于数值上一般都大于1，而且前面两位有效数字对，而且前面两位有效数字对各种海水都相同，如各种海水都相同，如1

9、.01600,1.03222。 海水密度有现场密度和条件密度之分。海水密度有现场密度和条件密度之分。 现场密度是指在现场温度、盐度和压力条件下所现场密度是指在现场温度、盐度和压力条件下所测得的海水密度；测得的海水密度； 条件密度是指当大气压等于零时的密度。条件密度是指当大气压等于零时的密度。海水的密度海水的密度 s, ,p是盐度是盐度(S)，温度，温度( )和压力和压力(p)的函数，的函数，但用数值表示时，采用下式表示的但用数值表示时，采用下式表示的 s, ,p： s, ,p（ s, ,p -1） 1000（1）例如密度例如密度 s, ,p为为1.02575时，海水的时，海水的 s, ,p值为

10、值为25.75。在所采集的环境下海水的密度叫现场密度，在在所采集的环境下海水的密度叫现场密度，在1大气大气压下，压下，t时的值用时的值用 t表示，此外还可以换算成表示，此外还可以换算成1大气大气压，压，0时的值，以时的值，以 0来表示。来表示。2-1 海水的物理性质海水的物理性质四、海水的密度四、海水的密度由于由于 0仅仅是盐度的函数，根据克努森仅仅是盐度的函数，根据克努森(Knudsen)的的意见，它与氯度有如下关系：意见，它与氯度有如下关系： 0-0.069+1.4708 Cl-1.57 10-3Cl2+3.98 10-5Cl3 此外还有计算出在此外还有计算出在t下的密度的复杂公式。但在实

11、下的密度的复杂公式。但在实际上可用表来计算，可采用克努森的水文表及海洋际上可用表来计算，可采用克努森的水文表及海洋学会发行的海洋观测指南的附录学会发行的海洋观测指南的附录海洋观测常用表海洋观测常用表。2-1 海水的物理性质海水的物理性质四、海水的密度四、海水的密度2-1 海水的物理性质海水的物理性质四、海水的密度四、海水的密度 世界大洋表面海水密度的地理分布规律：世界大洋表面海水密度的地理分布规律：从赤道向两极地区增大，最大密度往往出从赤道向两极地区增大，最大密度往往出现在高纬地区。现在高纬地区。 其垂直分布规律：从表层向深层逐渐增加。其垂直分布规律：从表层向深层逐渐增加。 海水密度是决定洋流

12、运动的重要因素之一。海水密度是决定洋流运动的重要因素之一。2-1 海水的物理性质海水的物理性质五、海水的比容五、海水的比容 比容是密度的倒数。比容是密度的倒数。 纯水的比容随温度、压力的变化：纯水的比容随温度、压力的变化：温度在温度在0T45，压力在，压力在1p1000巴范围巴范围内，可用下式表示：内，可用下式表示：V纯水纯水= V0,1一一C log(B+p)(B+1) (2.13)式中，式中，B=2688.0+19.867T-0.311T2+1.778 10-3T3 C=0.315 V0,1海水的比容海水的比容Vs随盐度、温度、压力的变化：随盐度、温度、压力的变化：在温度在温度(T)0T2

13、0，压力，压力(p)在在1p1000巴，盐度巴，盐度(S)在在30-40的范围内为：的范围内为： Vs= V1-(1-10-3S)C log(B +P)(B +1)式中：式中：B =(2670.8+6.89656S)+(19.39-0.0703178S)T-0.223T2 C=0.315 V1在表在表1中，为以上各式计算出来的、盐度为中，为以上各式计算出来的、盐度为35和和30的海水在各种温度压力下的比容。的海水在各种温度压力下的比容。2-1 海水的物理性质海水的物理性质五、海水的比容五、海水的比容比容随温度的变化，可用下式表示的热膨胀系数比容随温度的变化，可用下式表示的热膨胀系数 来来表示：

14、表示：在图在图2.3中表示出纯水及海水在各种盐度及压力下的中表示出纯水及海水在各种盐度及压力下的膨胀系数。膨胀系数。2-1 海水的物理性质海水的物理性质五、海水的比容五、海水的比容比容随压力的变化，用比容随压力的变化，用压缩率压缩率 T表示。表示。图图4表示海水在表示海水在0，各，各种压力、盐度时的压缩种压力、盐度时的压缩率。率。随盐度增加，压缩率降低！随盐度增加，压缩率降低！随压力增加，压缩率降低！随压力增加，压缩率降低！2-1 海水的物理性质海水的物理性质五、海水的比容五、海水的比容2-2 海水的依数性质海水的依数性质 一、基本概念：理想溶液、拉乌尔定律一、基本概念：理想溶液、拉乌尔定律

15、二、海水冰点二、海水冰点 三、蒸汽压三、蒸汽压 四、渗透压四、渗透压2-2 海水的依数性质海水的依数性质一、基本概念一、基本概念 理想溶液理想溶液 任一组分在全部浓度范围内都符合任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律拉乌尔定律的的溶液称为理想溶液。溶液称为理想溶液。这是从宏观上对理想溶液的这是从宏观上对理想溶液的定义。定义。 即即当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化。即这也可以作为理想溶液的定义。变化。即这也可以作为理想溶液的定义。 哪些溶液可称为理想溶液？哪些溶液可称为理想溶液？ 除了光学异构体的混合物、同位素化合物的混合除了光学异构体的混合

16、物、同位素化合物的混合物、立体异构体的混合物以及紧邻同系物的混合物、立体异构体的混合物以及紧邻同系物的混合物等可以物等可以(或近似地或近似地)算作理想溶液外，一般溶液算作理想溶液外，一般溶液大都不具有理想溶液的性质。大都不具有理想溶液的性质。2-2 海水的依数性质海水的依数性质一、基本概念一、基本概念 拉乌尔定律拉乌尔定律(Raoults law) 在一定温度下，稀溶液中溶剂的蒸气压等在一定温度下，稀溶液中溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的物质的量分于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的物质的量分数。其数学表达式为：数。其数学表达式为：pAp A 式中式中pA是溶液中溶剂的蒸气分压；是溶液中溶剂的蒸

17、气分压；p是纯是纯溶剂的蒸气压；溶剂的蒸气压； A是溶剂的物质的量分数。是溶剂的物质的量分数。2-2 海水的依数性质海水的依数性质二、海水冰点二、海水冰点 海水和淡水哪个容易结冰？海水和淡水哪个容易结冰？ 淡水在淡水在0结冰，叫做冰点。海水的冰点低于淡水，结冰，叫做冰点。海水的冰点低于淡水，并且随着盐度的增加而降低。当海水表面趋向于并且随着盐度的增加而降低。当海水表面趋向于结冰温度时，密度增大，海面海水下沉，引起水结冰温度时，密度增大，海面海水下沉，引起水的垂直对流，进行混合。表层水开始结冰，析出的垂直对流，进行混合。表层水开始结冰，析出盐类而使邻近水层的盐度增大，从而使邻近的海盐类而使邻近水

18、层的盐度增大，从而使邻近的海水的冰点再次下降。因此，海洋只有混合均匀，水的冰点再次下降。因此，海洋只有混合均匀，从表层到海底各深度的水温接近冰点时，海面才从表层到海底各深度的水温接近冰点时，海面才会凝固结冰。所以，海冰不像湖水河水结冰那样会凝固结冰。所以，海冰不像湖水河水结冰那样容易。容易。2-2 海水的依数性质海水的依数性质二、海水冰点二、海水冰点 海水的冰点是一个确定的温度吗？海水的冰点是一个确定的温度吗？ No；因为海水中含有的盐会变化。所以海水冰点的变；因为海水中含有的盐会变化。所以海水冰点的变化与海水盐度和密度有密切的关系。化与海水盐度和密度有密切的关系。盐如何影响冰点盐如何影响冰点

19、？ 让我们来考虑存在盐类这种不挥发性物质的溶液。冰点让我们来考虑存在盐类这种不挥发性物质的溶液。冰点与摩尔分数之间的关系，在理想溶液的情况下，构成下与摩尔分数之间的关系，在理想溶液的情况下，构成下述关系式，述关系式， 式中，式中，T0，T分别是纯溶剂及溶液的冰点，分别是纯溶剂及溶液的冰点， Hv为溶解为溶解热，热，N1为溶剂的摩尔分数。为溶剂的摩尔分数。N2为溶质的摩尔分数。为溶质的摩尔分数。1.0ln(1/1/)vHNTTR2-2 海水的依数性质海水的依数性质二、海水冰点二、海水冰点 若若N2很小，则很小，则T T0。同时。同时ln(1- N2) - N2由由 可得出可得出 冰点冰点(T)与

20、盐度与盐度(S)的关系：的关系：在实验方面，海水的冰点在实验方面，海水的冰点(T)与盐度与盐度(S)之间，已知之间，已知存在如下关系式：存在如下关系式： 图图1示出冰点与盐度的关系。示出冰点与盐度的关系。1.0ln(1/1/)vHNTTR2020()vHNTTRT00.05350.0000029TTS 2-2 海水的依数性质海水的依数性质二、海水冰点二、海水冰点随盐度增加，冰点降低！随盐度增加，冰点降低！2-2 海水的依数性质海水的依数性质三、蒸汽压三、蒸汽压 对于纯水而言，所谓饱和蒸汽压，是指水分子由对于纯水而言，所谓饱和蒸汽压，是指水分子由水面逃出和同时回到水中的过程达到动态平衡时，水面逃

21、出和同时回到水中的过程达到动态平衡时，水面上水汽所具有的压力。水面上水汽所具有的压力。 纯水的蒸汽压是温度的函数。而溶液由于溶质的纯水的蒸汽压是温度的函数。而溶液由于溶质的溶解，蒸气压下降。在稀溶液中，根据拉乌尔定律溶解，蒸气压下降。在稀溶液中，根据拉乌尔定律可计算出溶液蒸汽压随溶剂摩尔分数的关系式：可计算出溶液蒸汽压随溶剂摩尔分数的关系式： p=N1 P0 (2.6) 式中，式中，p，P0分别为溶液及纯水的蒸汽压。另分别为溶液及纯水的蒸汽压。另外，外，N1为溶剂水的摩尔分数。为溶剂水的摩尔分数。2-2 海水的依数性质海水的依数性质三、蒸汽压三、蒸汽压在实际海水的情况下，蒸汽压在实际海水的情况

22、下，蒸汽压(p)和海水盐度和海水盐度(S)之间存在下式：之间存在下式：p= P0 (1-0.000537S) (2.7)根据上式，对盐度根据上式，对盐度35的海水，的海水，p=0.98 P0，蒸汽压减少约蒸汽压减少约2%。但是，蒸汽压随盐度变化。但是，蒸汽压随盐度变化要比其随温度的变化还要少很多。要比其随温度的变化还要少很多。随盐度增加，蒸汽压降低！随盐度增加，蒸汽压降低！2-2 海水的依数性质海水的依数性质三、蒸汽压三、蒸汽压 蒸发现象的实质就是水分子由水面逃逸而出的过蒸发现象的实质就是水分子由水面逃逸而出的过程。对于海水而言，由于程。对于海水而言，由于“盐盐”的存在，则单位的存在，则单位面

23、积海面上平均的水分子数目要少，减少了海面面积海面上平均的水分子数目要少，减少了海面上水分子的数目，因而使饱和蒸汽压降低，限制上水分子的数目，因而使饱和蒸汽压降低，限制了海水的蒸发。了海水的蒸发。 海面的蒸发量与海面上水汽的饱和差海面的蒸发量与海面上水汽的饱和差(相对于表面相对于表面水温的饱和水汽压与现场实际水汽压之差水温的饱和水汽压与现场实际水汽压之差)成比例，成比例，海面上饱和蒸汽压越小，越不利于海水的蒸发。海面上饱和蒸汽压越小，越不利于海水的蒸发。因蒸发而损失的水量和热量就相对减少了。因蒸发而损失的水量和热量就相对减少了。 渗透压渗透压P(00)与冰点与冰点(t0)之间有下述关系：之间有下

24、述关系：P(00)-12.08t0 渗透压随温度而变化，可用下式计算，渗透压随温度而变化，可用下式计算， P(t0) =P(00) (273+t)/273 渗透压渗透压P与温度与温度t、氯度、氯度Cl之间存在下述关系：之间存在下述关系：P=(1.240+0.00454t) Cl 在图在图2中，示出中，示出0下渗透下渗透压与各种盐度的关系。压与各种盐度的关系。2-2 海水的依数性质海水的依数性质四、渗透压四、渗透压例题：例题：计算出盐度为计算出盐度为30，温度为，温度为20度的度的渗透压值？渗透压值？方法一：方法一：00.05350.0000029TTS P(00)-12.08 t0 P(t0)

25、 =P(00) (273+t)/273 方法二：方法二： P=(1.240+0.00454t)Cl 由盐度先计算出氯度：由盐度先计算出氯度：S1.805Cl 2010年3月2日作业 依据冰点(T)与盐度(S)的关系计算出盐度为0，5，10，15，20，30，35时的冰点。 计算出盐度为35，温度为10度时的渗透压值。盐度盐度0oC5oC10oC15oC20oC30oC35oC冰点冰点2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质 一、介电常数一、介电常数 二、扩散二、扩散 三、粘度三、粘度 四、电导四、电导2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质一、介电常数一、介电常数 电容器的电容

26、电容器的电容C，由于电极板之间存在的，由于电极板之间存在的物质种类不同而有很大的变化。这种变化的物质种类不同而有很大的变化。这种变化的程度，可用下式定义的介电带数程度，可用下式定义的介电带数 来表示，其来表示，其数值为该物质及其状态所固有：数值为该物质及其状态所固有：C = C0 式中，式中，C和和C0分别为在电极板间有物质存分别为在电极板间有物质存在时，以及真空时电容器的电容。在时，以及真空时电容器的电容。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质一、介电常数一、介电常数介电带数介电带数 的值：的值： 在空气中是在空气中是1.0006； 在云母中为在云母中为6.04； 在在CS2中为中

27、为2.6左右；左右； 水的水的 值特别大，在值特别大，在0下为下为87.740。 水的介电常数随温度的变化值可用下式计算：水的介电常数随温度的变化值可用下式计算： t=87.740-0.40008t+9.398 10-4t2-1.410 10-6t3 式中，式中， t是水在是水在t下的介电常数。下的介电常数。 上式计算水在上式计算水在10和和30下下 t为为83.83和和76.54。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质一、介电常数一、介电常数 在常温、常压下，水因具氢键，故有极高在常温、常压下，水因具氢键，故有极高的介电常数。的介电常数。 当温度升高时，氢键逐渐变弱，至临界温当温度

28、升高时，氢键逐渐变弱，至临界温度以上时，氢键不再存在，水也成为一不度以上时，氢键不再存在，水也成为一不具极性的物质。具极性的物质。 由于水的介电常数特大，而许多固体是电由于水的介电常数特大，而许多固体是电解质，易溶于介电常数大的液体，所以水解质，易溶于介电常数大的液体，所以水是世界上最好的溶剂，它可溶解的物质比是世界上最好的溶剂，它可溶解的物质比其他任何溶剂都多。其他任何溶剂都多。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质二、扩散二、扩散 海水中的水分子以及溶存离子的运动大致可区分海水中的水分子以及溶存离子的运动大致可区分为两大类：为两大类： 第一：由于海流以及由对流所引起的水的整体的第

29、一：由于海流以及由对流所引起的水的整体的移动。移动。 第二：由于分子和离子运动而引起的扩散。第二：由于分子和离子运动而引起的扩散。 海水的混合主要是由前者所引起的，可是在界面海水的混合主要是由前者所引起的，可是在界面层上物质的移动与海水中的化学反应过程大多数是层上物质的移动与海水中的化学反应过程大多数是由扩散所控制的。由扩散所控制的。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质二、扩散二、扩散 扩散系数是指单位浓度梯度、单位时间通扩散系数是指单位浓度梯度、单位时间通过单位截面积扩散过单位截面积扩散的物质量。它表征物质的物质量。它表征物质的扩能力，其单位是的扩能力，其单位是m2/s。 扩散系

30、数是指菲克第一定律中扩散通量和扩散系数是指菲克第一定律中扩散通量和浓度梯度之间的比例常数，其值表示了原浓度梯度之间的比例常数，其值表示了原子的扩散速率。子的扩散速率。 自扩散系数是指溶剂在无浓度梯度时的扩自扩散系数是指溶剂在无浓度梯度时的扩散系数散系数 。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质二、扩散二、扩散 扩散系数扩散系数D可由菲克定律得出：可由菲克定律得出：J= - D(c/x)式中，式中，J是由于扩散在单位时间通过单位面是由于扩散在单位时间通过单位面积物质的量积物质的量(扩散通量，单位：摩尔扩散通量，单位：摩尔/厘米厘米2秒秒); c/x是移动方向上的浓度梯度。是移动方向上的

31、浓度梯度。 在液体水中，水分子扩散的扩散系数在液体水中，水分子扩散的扩散系数(自扩自扩散系数散系数)可用各种方法进行实测。可用各种方法进行实测。扩散系数随温度的变化扩散系数随温度的变化 设想扩散的机理如下：即不是一个水分子的氢设想扩散的机理如下：即不是一个水分子的氢原子变成氢离子，尔后相继地向相邻的水分子移原子变成氢离子，尔后相继地向相邻的水分子移动，而是一个水分子与相邻的水分子交换位置。动，而是一个水分子与相邻的水分子交换位置。关于这种输送现象适用于王氏关于这种输送现象适用于王氏(J,H.Wang,1965)绝绝对反应速度理论，所以根据扩散系数随温度的变对反应速度理论，所以根据扩散系数随温度

32、的变化，由下式求出了扩散活化能化，由下式求出了扩散活化能(EA)：式中，式中，EA是活化能。由实测的扩散系数，求出是活化能。由实测的扩散系数，求出5-25的活化能是的活化能是4.8千卡。千卡。/AERTDAe2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质二、扩散二、扩散2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质二、扩散二、扩散 电解质对水的自扩散系数的影响电解质对水的自扩散系数的影响比较大。比较大。 因这种定向的水分子受到正离子因这种定向的水分子受到正离子很强的约束力，所以叫作很强的约束力，所以叫作电缚水电缚水分子分子。与此相反，处于距离很远。与此相反，处于距离很远位置上的水分子，由于

33、不受离子位置上的水分子，由于不受离子电场的影响，所以具有液体水本电场的影响，所以具有液体水本来的构造。在上述二者中间的区来的构造。在上述二者中间的区域内，受到离子和水两方面的影域内，受到离子和水两方面的影响，而存在着液体水的结构遭到响，而存在着液体水的结构遭到破坏的区域。破坏的区域。正离子周围水的结构正离子周围水的结构 把水分子在正离子附近的区域分把水分子在正离子附近的区域分为为A，B，C3个区域。个区域。 离子半径小，离子电荷高，离子半径小，离子电荷高，A区区就厚，就厚，B区变小的倾向。如区变小的倾向。如Li+和和F-，此时离子周围的结构显，这，此时离子周围的结构显，这样的离子称为促成结构离

34、子。样的离子称为促成结构离子。 离子半径大，离子半径大， A区变小，区变小，B区就区就变大，破坏了水的结构则称为破变大，破坏了水的结构则称为破坏结构离子。如：坏结构离子。如：K+、C1-、NO3-和和ClO4-等大离子。等大离子。自扩散现象自扩散现象 当当促成结构离子促成结构离子存在，妨碍水分存在，妨碍水分子交换，水的自扩散系数减少。子交换，水的自扩散系数减少。 当破坏结构离子的存在时会增加当破坏结构离子的存在时会增加水的自扩散系数。水的自扩散系数。 图图7为为KCl，NaCl和和MgSO4存在存在下自扩散系数的实测值与纯水的下自扩散系数的实测值与纯水的自扩散系数之比自扩散系数之比。 在破坏结

35、构的在破坏结构的KCl溶液中自扩散溶液中自扩散系数增加，而促成结构系数增加，而促成结构MgSO4溶溶液中，自扩散系数显著减少。液中，自扩散系数显著减少。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质三、粘度三、粘度 液体的粘度是对流动抵抗的尺度。由于在液体中产液体的粘度是对流动抵抗的尺度。由于在液体中产生流动，每个分子必定要偏离平衡位置，所以粘度生流动，每个分子必定要偏离平衡位置，所以粘度与分子的相对位置即结构有密切的关系。因此，水与分子的相对位置即结构有密切的关系。因此，水与水溶液的粘度必定能提供关于水结构的重要知识。与水溶液的粘度必定能提供关于水结构的重要知识。在图在图2.8中，指出了纯

36、水的中，指出了纯水的粘度以及粘度以及40海水与纯水海水与纯水的粘度比随温度的变化，的粘度比随温度的变化，在任何情况下，粘度都是在任何情况下，粘度都是随温度升高而急剧减少。随温度升高而急剧减少。根据弗兰克根据弗兰克(F,Frank,1966)等的意见，对粘度本身有等的意见，对粘度本身有直接重要影响的，是不参与氢键的水分子，所以水直接重要影响的，是不参与氢键的水分子，所以水的粘度的粘度 可用下式表示：可用下式表示： 式中式中是与氢键无关的水的粘度，是与氢键无关的水的粘度，Vc是属于氢键集是属于氢键集团的水的体积分数。团的水的体积分数。23(1 2.57.1716.2)cccVVV2-3 与输送现象

37、有关的性质与输送现象有关的性质三、粘度三、粘度因为粘度与水的结构密切相关，所以可设想，对水因为粘度与水的结构密切相关，所以可设想，对水的结构有重要影响的电解质的存在，使粘度发生较的结构有重要影响的电解质的存在，使粘度发生较大的变化，水溶液的粘度大的变化，水溶液的粘度 与电解质的摩尔浓度与电解质的摩尔浓度c之之间有下述关系：间有下述关系：在低浓度，在低浓度， 是由离子间的静电场来决定的。是由离子间的静电场来决定的。Bc是水溶液所特有的项，因为它和离子与水分子相互是水溶液所特有的项，因为它和离子与水分子相互作用有关系，所以每个离子的贡献是独立的。作用有关系，所以每个离子的贡献是独立的。0(1)A

38、cBcA c2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质三、粘度三、粘度在图在图2.9中示出各种盐类水中示出各种盐类水溶液的粘度随浓度的变化。溶液的粘度随浓度的变化。从图中可知，像从图中可知，像MgSO4等等具有二价离子的盐类，可使具有二价离子的盐类，可使水溶液的粘度显著地增加，水溶液的粘度显著地增加，对这种促成结构的离子，对这种促成结构的离子，B值为正或变大。对破坏结构值为正或变大。对破坏结构的离子，的离子，B值变负。值变负。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质三、粘度三、粘度在表在表2.5中，表示出各离子的中，表示出各离子的B值；一般阳离子的值；一般阳离子的B值比阴离子为大

39、，因而可以说对促成结构有帮助。值比阴离子为大，因而可以说对促成结构有帮助。其次，将离子的其次，将离子的B值与离子半值与离子半径的关系表示于图径的关系表示于图2.10中。碱中。碱金属离子和金属离子和NH4+的的B值，随离值，随离子半径的增加而减少，可从下子半径的增加而减少，可从下列情况得到理解：随离子半径列情况得到理解：随离子半径的增加，由于正离子和水分子的增加，由于正离子和水分子之间的库伦引力减弱，之间的库伦引力减弱， A区域区域减少，水的结构受到破坏的倾减少，水的结构受到破坏的倾向变大。向变大。2-3 与输送现象有关的性质与输送现象有关的性质三、粘度三、粘度2-3 与输送现象有关的性质与输送

40、现象有关的性质三、粘度三、粘度但应指出，如果但应指出，如果NH4+中的氢原子以烷基置换，尽管离子半径增大中的氢原子以烷基置换，尽管离子半径增大了，而粘度却是变大，因而看来倒像是增加了促成站构性。像烷基了，而粘度却是变大，因而看来倒像是增加了促成站构性。像烷基这样憎水性基团，它和分子之间不能认为存在着强的相互作用，因这样憎水性基团，它和分子之间不能认为存在着强的相互作用，因此，粘度之所以变得这样大，是由于烷基的存在导致水自身的结构此，粘度之所以变得这样大，是由于烷基的存在导致水自身的结构发生很大的变化。发生很大的变化。各种烃类溶于水中时的熵变几乎与烃的种类无关，大致是各种烃类溶于水中时的熵变几乎

41、与烃的种类无关，大致是-20卡卡/摩摩尔。这个事实可以认为是由于溶解使溶剂水分子的状态发生变化，尔。这个事实可以认为是由于溶解使溶剂水分子的状态发生变化，与溶质无关。也就是当像烃类这样比较大的分子进入水中时，与溶质无关。也就是当像烃类这样比较大的分子进入水中时， 互互相结合着的水分子之间的相互联系被破坏了，而水分子在烃的周围相结合着的水分子之间的相互联系被破坏了，而水分子在烃的周围变成特殊的结合状态。这样的结合称为憎水结合。这种结合像变成特殊的结合状态。这样的结合称为憎水结合。这种结合像A状状态那样，不是离子和水分子的结合，而是水在溶存分子周围作特殊态那样，不是离子和水分子的结合，而是水在溶存分子周围作特殊的排列，因此叫作憎水水合。在四烷基胺的情况下，随烷基变大，的排列，因此叫作憎水水合。在四