水环境中重金属化学行为教学课件

水环境中重金属的化学行为概述不同学科对“重金属”的界定重金属环境行为特点3迁移过程的复杂性与当前研究的局限性重金属在环境中的迁移过程1重金属的水解平衡、沉淀-溶解平衡、羟基络合过程及三者之间的关系2水体中重金属的吸附/解吸平衡3环境物质的氧化-还原平衡与重金属迁移概述1不同学科对“重金属”的界定●(1)/物理定义:密度大于5g/m金属(45种元素)密度大于4g/cm3的金属(60种元素)2)化学定义:原子序数大于20的金属●/(3)在毒理学上泛指有毒金属。(4)在环境研究中,指Hg、Cd、Pb、Cr等对人体有毒性的金属以及类金属中的As等生理毒性显著的元素;也指其它对生态系统有一定毒性影响的Zn、Cu、Ni、Co、Sn等2、重金属环境行为的基本特征(1)是构成地壳的组分,在各环境介质中均有背景含量,在污染物分类中视为是永久性污染物2)有广泛的污染源《釆矿、冶金、某些化工产业、燃煤等)(3)多数为周期表中的过渡元素,/有特殊电子构层,最外的层的电子数为1~2,次外层d电子层未被充满,易于接收外来电子,使重金属的环境行为有以下特点·有广泛价态,可在多种EhpH条件下存在不同电价的重金属有不同的迁移性和生物有效性;易形成络合物,有利于其在环境中迁移扩散易与OH、S2、CO3生成沉淀,可抑制其迁移扩散(4)微量即可致毒,有长期性累积效应,有生物放大作用,可通过母乳和遗传对新生儿产生影响。重金属与合成有机物环境行为和毒性的差别合成有机物重金属与类金属Source人为引自然产生,人为加强释放Fate或多或少降解不会降解,主要为转化过程Bio-availability与其亲脂性有关与其化学形态有关Toxicity单阈值双阈值Positiveeffects无基本的,有;非基本的,无Adverseeffects有在含量不足或过多时有3、重金属在环境中迁移的复杂性和大们研究的局限性水环境是多相电介质,存在多种反应,包括:离子离子的反应、离子溶剂的反应、离子固体的反应、水解水合、络合解离、沉淀溶解、氧化还原生化反应。水环境是开放的、非平衡的和非线性的系统。重金属在水环境中的迁移和转化极为复杂。但目前,人们一般只能将水环境作为平衡系统对其进行研究,且多为研究平衡系统的某些环节重金属在环境中的迁移过程1、溶解沉淀平衡(1)氧化物和氢氧化物金属化合物在水中的迁移能力,直观地可Meoh)(s)←Me叶++nOH以用溶解度来衡量。Ks=MentIon溶解度大的,迁移能Me叫=K甲OHP=KHP力大;在固液平衡体lgMe=gksp-nlgIH+nlg系中,一般用溶度积pC=pksn-npKw+nph来表征溶解能力。金属氢氜化物的溶解度图Fe2+pH5-1氧化物与氢氧化物溶解度图重金属水解作用●从原子之间的关系看,金属离子的水解作用可以看成是金属离子和H+对OH的争夺●离子电位高(离子半径大与电价小)的金属离子(如K,Nat,CaS2等H的吸引力小于OH对H的吸引力,因此这类离子不易水解,或者说要在很高的pH值时才能水解。它们往往以简单的水合离子,Mn(H2O)n形式存在于水中。水中的Ca,Mg等即如此。●而离子电位低(离子半径小与电价高的金属离子对H的吸引力决定于溶液的pH值,因为这些离子对H+的吸引力与OH相匹敌●在pH值较低(H的浓度高时),则H可把OH争夺过来,使金属以水合金属离子的形式存在(Men+(H2O)n。如果pH值较高(OH的浓度高时),OH较易与金属离子形成羟基金属离子金属的水解过程实际上等同于羟基对金属离子的络合过程重金属离子的水解平衡●M2+H2O=MOH+H●水解平衡常数k1=[MoH]P/M]●