化学研究性论文——海洋物理化学.doc

题目：海洋物理化学姓名：学校：指导教师：参考文献：百度百科海洋物理化学海洋物理化学是海洋化学的理论核心，它应用物理化学的理论、观点和方法，来研究海洋中的化学问题和地球化学过程，包括海水、悬浮粒子和沉积物、微表层海水和沉积物间隙水等海洋体系的组成、物理化学性质和结构、海洋及其环境(大气、洋底、河口等)所组成的体系中发生的一切物理化学过程。1959年在纽约召开的国际海洋会议上，西伦作了题为“海水物理化学”的演讲。以后，“海水物理化学”这一名称便被广泛采用。海洋物理化学的发展初期，研究对象主要是海水，随后研究范围逐渐推广到海底沉积物和海洋的其他界面上，就发展成了海洋物理化学。 海洋物理化学的先驱性工作在20世纪初已有进行。19011908年，克努曾和埃克曼建立了经典的海水状态方程式，将海水的密度、温度、盐度和压力等联系到一种数学表达式中；60年代初，西伦、加勒尔斯等人把化学平衡理论等物理化学原理，严格、系统和定量地应用到海洋中，研究海水中元素的存在形式，建立海水化学模型，为海洋物理化学的建立和发展奠定了基础。 在这以后的一段时间内，海水化学模型(包括微量元素的溶存形式)的研究，成了海洋化学中众所瞩目的一个研究内容。自60年代以来，人们又把电化学、化学动力学、胶体和表面化学、量子和统计化学的理论和实验方法应用到海洋中，不仅研究了海洋水体，而且涉及海洋悬浮体、海水微表层、海洋沉积物等。海洋物理化学的 基本内容包括：海水活度系数；海水化学模型；海水中的微量元素在固体粒子上液-固分配的理论；压力和温度对海洋中化学平衡的影响；海水的酸碱度和氧化还原条件；海洋中化学过程的动力学研究；海洋中元素的逗留时间和海洋化学微观研究等。海水各组分之间存在着错综复杂的相互关系，如果把海水划成“海盐”和水两种组分，则主要考虑下述3种关系：水分子之间的相互作用，即液态水的结构问题。液态水理论众说纷纭，例如扭变氢键模型(连续体理论)，它假设冰变水时，氢键变得更加易被弯曲、扭转和变型，但尚未拆开，氢键扭变可用经典统计方法处理；笼合体模型，它假设液态水成为一种自笼合体，即是许多由带氢键分子形式的五边形十二面体笼子组成的网络，笼子空腔中包藏着水分子，但它们不与笼结构键合；闪动簇团模型，它将 液态水视为氢键结合的水分子的“闪动簇团”在略为“自由”的水中游泳的混合体，这一模型与分配函数联系起来，可用统计力学方法计算热力学性质，经再三改进后，计算得出的自由能、内能、熵和热容之值，与实测值基本一致。后面两种理论均属混合型模型理论。海水中“海盐”离子与水的相互作用，即离子水化作用。其结果将对离子的电导和温度系数、热力学性质和动力学性质、海水中元素的存在形式及其稳定性等都有不同程度影响。海水中“海盐”离子之间的相互作用。可用海水活度系数和海水渗透系数加以表达。这三种关系中，最重要的特征量是活度系数。与一般的水溶液或天然水(河、湖、泉、雨水)相比，海水的一个重要特征是含有众多的盐类，这使得海水与盐度极低的无限稀溶液之间的物理-化学性质有很大的差异。为了表达这两者的差异程度,在海洋物理化学中使用了海水活度系数(主要用于溶质)和海水渗透系数(主要用于溶剂)。 计算海水组分平均活度系数和单独离子活度系数的理论模型和公式很多，有离子缔合理论、特殊相互作用模型、斯卡特查尔德公式、水化模型、静电模型（包括戴维斯公式）、簇积分展开理论、皮策公式等。虽然使用离子选择电极可求得单独离子的活度系数，但其精确值的测定和理论计算，特别是对海水这样的高盐度体系，尚未彻底解决。在实际工作中，可用特殊相互作用公式，如斯卡特查尔德公式和皮策公式等计算海水的活度系数。总结起来，上述各计算公式可用下述公式概括之： 式中德拜-休克尔项是指德拜-休克尔理论的极限定律计算所得之值。在上述诸理论中，以簇积分展开理论和皮策公式最优，计算结果与实测值之差在实验误差范围之内。皮策公式不仅可计算海水中常量组分离子的活度系数，而且在皮策公式问世后不久即被海洋化学家应用于海水中微量组分离子活度系数的计算，结果与用特殊相互作用模型计算的更加一致。1982年，此式已成功地应用于死海水（离子强度()埄10）中主要离子的活度系数的计算上。皮策公式的提出，使得具体计算活度系数的工作大体上得到解决。用组成海洋物质的原子与分子的结构观点，用量子化学的理论与方法，运用物质的某些结构参数，或通过大量实验结果和自然现象的归纳，或通过理论上的演绎，从定性和定量两方面来研究海洋化学的问题。 海洋化学的微观研究，大体上可分成两类:定性研究。例如通过 对海洋化学现象或海水物理化学性质进行分类。又如通过“对 的规律性进行研究。定量研究。即通过诸如 定量计算值。例如:海水中各种元素在水合氧化铁上的无机离子交换作用、氯化钾在各种无机离子交换剂上的作用、海水和河水中元素含量的浓缩比效应、海水中元素的清除作用、海水中主要盐类和离子的偏克分子体积、海水中纯金属的电化学位、离子的水化能、氢氧化物的溶解度、海水中元素的逗留时间、海水中的直线自由能关系、酸碱硬软度的定量标度、海水化学模型的微观定量计算等，张正斌、刘莲生等提出均可用上述形式的公式计算出相应的 值。现代的海洋化学正处于由定性描述向定量推理，由宏观向微观，由可逆平衡态热力学方法向不可逆、非平衡态、统计化学方法的方向