Chemical Kinetics and Process Dynamics in Aquatic Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Brezonik, L.

出品人:

页数:784

译者:

出版时间:1993-12

价格:$ 203.34

装帧:

isbn号码:9780873714310

丛书系列:

图书标签:

• 化学动力学
• 水体系统
• 过程动力学
• 环境化学
• 水化学
• 反应速率
• 环境工程
• 水处理
• 模型
• 模拟

探索水体化学变化与动力学机制：一本关于复杂水生环境的深度解析 本书旨在为读者提供一个关于水生系统化学变化过程及其动力学规律的全面而深入的理解。我们并非仅仅罗列科学事实，而是着重于揭示这些过程背后的机制，以及如何通过科学的分析和建模来预测和管理这些复杂的系统。从微观的分子反应到宏观的环境演变，本书将带您踏上一场探索水体化学奥秘的旅程。 第一部分：水生化学基础与反应机理 我们将从水生化学的基本原理出发，建立坚实的理论基础。这包括： 水作为溶剂的独特性质： 详细阐述水分子独特的极性、氢键作用以及它们如何影响溶解度、反应速率和溶质的化学行为。我们将深入探讨水对不同物质（如离子、极性分子、非极性分子）的溶解机制，以及水的相变（冰、液态水、水蒸气）如何影响化学过程。 水生环境中的主要化学物种： 识别和描述水体中常见的无机离子（如钙、镁、钠、钾、氯、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐）、有机物（天然有机质、污染物）以及气体（氧气、二氧化碳、甲烷）的化学形态和相互作用。我们将探讨这些物种的来源、转化途径及其在水体中的平衡状态。 酸碱平衡与缓冲体系： 深入分析水体中pH值对化学反应的影响，重点讲解碳酸盐体系、磷酸盐体系以及其他缓冲物质在维持水体pH稳定中的作用。我们将通过具体的案例，展示pH变化如何驱动溶解度、沉淀、氧化还原反应等一系列化学过程。 氧化还原反应及其在水体中的重要性： 详述水生环境中普遍存在的氧化还原过程，包括溶解氧的消耗与补充、金属离子的价态转化、有机物的降解等。我们将介绍常见的氧化还原对，以及影响反应速率的环境因素，并讨论这些反应在营养物质循环和污染物转化中的核心作用。 络合反应与沉淀/溶解平衡： 解释金属离子与其他配体（如有机酸、无机阴离子）形成的络合物的性质，以及络合作用如何影响金属离子的溶解度和生物有效性。同时，我们将详细阐述难溶性盐的沉淀和溶解过程，以及如何利用溶度积来预测或控制这些过程。 第二部分：反应动力学与速率过程 在理解了基础化学原理后，我们将聚焦于化学反应在时间和空间上的演变规律，即反应动力学。 化学反应速率方程与反应级数： 介绍不同类型的反应速率方程（零级、一级、二级等），以及如何通过实验测定反应级数和速率常数。我们将探讨温度、浓度、催化剂等因素对反应速率的影响，并引入活化能的概念来解释反应速率的温度依赖性。 链式反应与自由基化学： 探讨那些涉及自由基中间体的复杂链式反应，例如水体中光化学反应产生的自由基，以及它们在有机物降解和污染物转化中的作用。我们将详细分析链引发、链增长、链终止等步骤，以及如何调控这些过程。 催化反应与生物催化： 深入研究在水生环境中广泛存在的催化过程，包括均相催化（如金属离子催化）和多相催化（如吸附在颗粒物上的催化）。特别地，我们将重点关注生物催化——酶促反应在水体生态系统中的关键作用，解析酶的活性、底物特异性以及环境条件对酶促反应速率的影响。 质量传递过程与反应动力学的耦合： 认识到在真实水体环境中，化学反应速率往往受到物质输运过程的限制。我们将详细讨论传质过程，如扩散、对流、湍流混合，以及它们如何与化学反应相互作用，形成复杂的过程动力学。例如，我们将分析溶解氧向水体深层输运如何影响好氧微生物的降解速率。 非线性动力学与混沌现象： 探索在某些水生系统中可能出现的非线性行为，包括反馈机制、阈值效应以及潜在的混沌动力学。我们将介绍如何识别和分析这些复杂系统的行为，以及它们对系统稳定性和预测性的影响。 第三部分：水体动力学与物质迁移 水生系统的化学变化并非孤立发生，而是与水的物理运动紧密相连。本部分将关注水的运动如何影响物质的分布和化学过程。 层流与湍流： 区分层流和湍流两种主要的流体运动模式，并阐述它们在水体混合和物质扩散中的不同作用。我们将讨论湍流强度、尺度以及它如何加速化学反应的混合过程。 扩散与质量传递： 详细阐述分子扩散和对流扩散的机制，以及它们在宏观尺度上物质迁移中的重要性。我们将探讨 Fick 定律等基本概念，并将其应用于水体中污染物的扩散和营养物质的分布模拟。 水体混合与滞留时间： 分析不同类型的混合过程，包括由风、潮汐、水流引起的混合，以及它们对水体中化学物质分布均匀性的影响。我们将介绍滞留时间的概念，并探讨它如何影响污染物在水体中的累积和转化。 水体分层与边界层： 探讨水体因温度、盐度或浊度差异而形成的热力学分层现象，以及这些分层结构（如温跃层、盐跃层）如何阻碍垂直混合，并影响物质的迁移和化学反应。我们将重点关注边界层效应，即界面附近发生的特殊化学过程。 底泥-水界面过程： 深入研究底泥与水体之间的物质交换，包括沉积物的再悬浮、吸附/解吸过程、以及底泥中微生物活动驱动的化学转化（如厌氧降解）。我们将分析这些界面过程如何成为水体化学物质的重要来源或汇。 第四部分：模型构建与应用 理论知识需要转化为有效的工具来理解和管理实际的水生系统。本部分将介绍如何利用数学模型来模拟和预测水体化学动力学。 质量守恒方程与物质平衡： 介绍如何基于质量守恒原理，构建描述特定化学物质在水体中浓度的数学方程。我们将展示如何将源项（如排放、反应生成）和汇项（如反应消耗、排放）纳入模型。 反应动力学模型： 结合前两部分介绍的反应速率方程和动力学规律，构建描述化学反应速率的数学模型。我们将探讨如何将这些动力学方程嵌入到质量守恒方程中，以模拟化学反应对物质浓度的影响。 传质模型： 介绍如何将扩散、对流等传质过程数学化，并将其与化学反应耦合，形成描述物质在空间上迁移和转化的模型。我们将讨论不同尺度的传质模型，从分子扩散到流域尺度的物质输运。 多相反应与生物地球化学模型： 针对包含复杂多相反应（如固液气相反应）和生物地球化学循环的水生系统，介绍更复杂的模型构建方法。我们将探讨如何整合多种化学和物理过程，以模拟如富营养化、重金属迁移等问题。 模型校准、验证与不确定性分析： 强调模型构建后的关键步骤，包括如何利用观测数据对模型进行校准，以提高其准确性；如何通过独立数据集进行验证，以评估模型的可靠性；以及如何进行不确定性分析，以理解模型预测的误差范围。 应用案例分析： 通过一系列实际案例，展示如何将上述模型应用于解决具体的水生环境问题，例如： 湖泊富营养化模型的构建与预测： 如何模拟磷、氮等营养盐的输入、转化和生物利用，预测藻华的发生和演变。 河流污染物输运与降解模拟： 如何模拟工业废水或农业径流中的污染物在河流中的扩散、稀释和生物降解过程，评估其对下游水质的影响。 地下水污染物迁移与修复模型： 如何模拟有机溶剂或重金属在地下水中的扩散和吸附过程，并设计相应的修复策略。 海洋酸化过程的模拟： 如何模拟大气二氧化碳溶解于海水后引起的pH变化，以及这对海洋生物和生态系统的潜在影响。 结论 本书致力于提供一个全面、系统且深入的视角，以理解和应对水生系统中复杂多变的化学动力学问题。通过融合化学原理、反应动力学、流体力学和数学建模，我们希望能够为环境科学家、工程师、政策制定者以及所有对水生生态系统感兴趣的读者提供有价值的知识和工具，从而更好地保护和管理我们的宝贵水资源。我们相信，对这些过程的深刻理解是实现可持续水资源管理的关键。

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