海水中有多少种化学元素?

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海水中有多少种化学元素?

 畅游在大海中几乎是每个都十分向往的:湛蓝的天空,清凉的海水,起伏的波浪,使你置身于蓝天碧海之间,顿时忘却了暑热的烦恼,放松了紧张的神经。可是,如果你是第一次在大海里游泳,一定要注意掌握好海浪起伏的规律,否则一个浪花袭来就会呛水。如果真呛到水了,你的第一反应肯定是,海水怎么又苦又咸?

海水之所以苦咸,是因为海水溶解着大量化学物质,其中除了我们平常食用的食盐氯化钠之外,还有氯化镁、硫酸镁、氯化钾、碳酸镁等。科学家们发现,在目前世界上已发现的92种天然元素中,有80多种都能在海水中找到。

海水中有多少种化学元素?

为了更深入地研究和开发海洋,科学家们早在200年前就开始对海水中存在着的物质开始了研究,并获得了不小的收获。

科学家经过研究发现,除了构成水的元素——氢和氯之外,海水溶解着的物质几乎都是由11种元素组成的。巧的是,这些元素的含量与海水的重量相比,均大于1毫克/千克。也就是说,在1吨海水中,它们的含量都大于1千克。因而这11种元素被称为海水的主要溶解成分,它们都属于微量元素。

根据这些元素在海水的中含量由大到小排列,它们依次为:氯(Cl)、钠(Na)、镁(Ng)、硫(S)、钙(Ca)、钾(K)、溴(Br)、碳(C)、锶(Sr)、硼(S)和氟(F)。

需要明白的是,这些元素在海水中的存在形式并不都是物质分子。它们大多以离子的形式存在,其中金属元素钠、镁、钙、钾、锶以阳离子的形式存在;非金属离子氯根、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸根)、溴根和氟根以*离子形式存在;只有硼酸这一元素是以分子的形式存在海水中。

1819年,英国科学家马塞特投入实践中,他首先对取自大西洋、北冰洋、波罗的海、黑海和黄海的14个水样进行分析后,得出镁、钙、钠、氯和硫酸根5种离子之间的比例呈现一定的规律性。1884年,英国科学家迪**尔对世界主要大洋和海区的不同深度采集的77个水样品进行分析后,又进一步补充和完善了海水主要溶解元素的比例关系。

20世纪60年代中期,英国某研究所对世界各大洋及相关海区不同深度的海水洋品进行测定,并得出海洋表层水、中层水和深层水中主要溶解成分的含量。1975年,科学家们对海水中主要溶解成分进行了一次全面性的总结。

大量的实验证明,在世界各大洋的海域,尽管海水的含盐量会随着海域的不同和海水的深浅而发生变化,但在含量方面,海水的主要元素之间的比例关系却近乎恒定。因此,人们在分析海水的主要化学成分时,只要测定出其中任何一种主要成分的含量,不仅能够得出海水的盐度,而且还可以计算出其他主要元素的含量,如此一来,大大省去了海水分析工作的繁琐程序。海水主要元素之间这种特定的关系,人们把它称作海水的相对比例定律。

这时或许你会问,海水的主要元素之间为什么会出现这一恒定比例关系,会不会发生变化?

之所以会出现这种关系,一是由于这些元素在海水中的变化性很小,其性质较为稳定;另一点是由于海水总是处于运动中,海水已经过了上万次的“搅拌”,混合得已相当充分。但是,并不是所有海域都具备这一特性,例如在近海及河口区,由于**河流的影响,河水中的大量物质堆积在海洋中,而使局部海水中的钙离子、硫酸根和碳酸氯根离子要大于正常海水中该元素的含量。在某些生物生长繁茂的水域,其生物在繁殖过程中吸收钙和锶,因而这些水域中的上层钙和锶要少于下层的含量。总之,这一问题要灵活一点来看待。

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关于海洋能的利用

海洋能利用-正文 利用一定的方式方法、设备装置把各种海洋能转换成为电能或其他可利用形式的能。它是人类利用自然能源的重要方面。
海洋能的种类 海洋能是海水运动过程中产生的可再生能,主要包括温差能、潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、盐差能等。潮汐能和潮流能源自月球、太阳和其他星球引力,其他海洋能均源自太阳辐射。
海水温差能是一种热能。低纬度的海面水温较高,与深层水形成温度差,可产生热交换。其能量与温差的大小和热交换水量成正比。潮汐能、潮流能、海流能、波浪能都是机械能。潮汐的能量与潮差大小和潮量成正比。波浪的能量与波高的平方和波动水域面积成正比。在河口水域还存在海水盐差能(又称海水化学能),入海径流的淡水与海洋盐水间有盐度差,若隔以半透膜,淡水向海水一侧渗透,可产生渗透压力,其能量与压力差和渗透能量成正比。
海洋能的特点 ①蕴藏量大,并且可以再生不绝。估计地球上海水温差能可用功率达1010千瓦数量级;潮汐能、波浪能、海流能、海水盐差能等可再生功率都达109 千瓦数量级。②能流的分布不均、密度低。大洋表面层与500~1000米深层之间的较大温差仅20°C左右,沿岸较大潮差约 7~10米,而近海较大潮流、海流的流速也只有4~7节。③能量多变、不稳定。其中海水温差能、海流能和盐差能的变化较为缓慢,潮汐和潮流能则呈短时周期规律变化,波浪能有显著的随机性。
海洋能利用的技术和设施 海洋能利用的关键环节是能量转换,不同形式的海洋能,其转换技术原理和装置也不同。

海水温差能的利用是将热能转为机械能后,再转换为电能。热能转换为机械能采取热力循环法,通常的流程有两种(图1):①闭路循环(又称中间介质法),采用由蒸发器、汽轮发电机、冷凝器和工质泵组成的系统,蒸发器里通过海洋表层热水,冷凝器里通过海洋深层冷水,工质泵把液态氨或其他工质作为中间介质从冷凝器泵入蒸发器,液态氨因热水作用变为高压氨气,驱动汽轮机发电;而从汽轮机出来的低压气态氨回到冷凝器又重新**成液态氧,如此形成闭路循环。②开路循环(又称闪蒸法或扩容法),把热海水在部分真空的蒸发器(闪蒸器)内蒸发成蒸汽,驱动汽轮机发电;使用过的低压蒸汽再进入冷凝器中**,冷凝的脱盐水或回收,或排入海洋。早期的实验装置多采取开路循环流程,由于设备易受腐蚀,60年代后改用闭路循环流程。海水温差发电实际利用的热效率很低,往往只有2%左右,所处理的冷、热水量较多,故相应的各种部件尺寸都很庞大,伸向海底深水层的长冷水管技术难度较大。
潮汐、波浪、潮流和海流能的利用仅需将机械能转换为电能,一般分为三步:第一步是接受能量,如建造潮汐水库,用以接受、蓄贮潮汐能;采用转轮(水车)以吸收海流、潮流动能;用水柱-气室、随波浪升降或摇摆的浮子、可压缩气袋等接受波浪能。第二步是传输,通常用机械、液力、气动等方法,传输终端一般设置水轮机或气轮机。潮汐电站采用适应低水位差的灯泡贯流式水轮机组或全贯流式水轮机组(图2);而波能的传输近年来采用对称翼型空气涡轮机,在波浪作用下能做单方向旋转。第三步是转换成电力或其他动力。通常通过发电机转换成电力。由于海洋能不稳定,所以在整个转换过程中一般还需备有贮能设施,如水库、气罐、蓄电池和飞轮等。

海水盐差能利用的转换方法近年来才开始研究。如有一种设想是在河口入海处建造两座堤坝,中间为缓冲水库,在缓冲水库与外海的通道内设置半透膜。缓冲水库内的淡水通过半透膜渗出,其渗透压力导致缓冲库的水位降低,利用缓冲库与河流的水位差可以发电。这种方法由于进出水量相当大,故所需的工程规模也很大。
利用海洋能的工程设施,按其设置位置一般分为海滨式和海上式两类。前者是以滨海陆地或浅海水域为基地,后者是在深水海域设置浮式结构。海滨式和离岸近的海上式设施,可用海底电缆或压力管道将动力传输上岸;离岸远的海上设施,只能就地利用动力,如制氨或生产海水化工产品。
海洋能利用的经济效益 海洋能的利用目前还很昂贵,以法国的朗斯潮汐电站为例,其单位千瓦装机投资合1500美元(1980年价格),高出常规火电站。但在海洋能利用的过程中,还能获得其他综合效益。如潮汐电站的水库能兼顾水产养殖、交通运输;海洋热能转换装置获得的富含营养盐深层海水,可用于发展渔业;开路循环系统能淡化海水和提取含有用元素的卤水;大型波力发电装置可同时起到消波防浪,保护海港、海岸、海上建筑物和水产养殖场等的效果。目前在严重缺乏能源的沿海地区(包括岛屿),把海洋能作为一种补充能源加以利用还是可取的。


发展概况 海洋能利用最早是从利用潮汐能开始的。11世纪就出现了潮汐磨坊。1966年法国建成朗斯潮汐电站,装机容量24万千瓦,是目前世界上规模最大的潮汐能发电站(见彩图)。1981年中国江厦潮汐试验电站(见彩图)第一台 500千瓦机组正式投产。世界第一个波能转换装置的专利是法国于1779年取得的。1965年,日本研制用于航标灯的波力发电装置获得成功。现在日本、英国、挪威和中国等国家正在进行多种波力发电试验研究,其中较大型的是日本等 5国在日本海试验的“海明号”波力发电船,第一期试验年发电量19万度,并初步成功地把电力输送到了岸上。日本还建立了岸式波力发电试验站。中国研制出采用对称翼型空气涡轮机的新型波力发电装置,装在南海海域航标灯浮上试用(图3)。1881年法国人首先提出海水温差能利用的原理。20世纪70年代以来,美国用在研究海洋热能转换的经费在世界上占居首位。1979年,美国在夏威夷岛海域驳船上进行了50千瓦装机容量海水温差发电试验。其后,日本在瑙鲁岛建立岸式试验性海水温差电站,装机容量100千瓦。
随着世界能源需求的日益增长和海洋能利用技术的提高,预期20世纪内,有可能在潮差较大的河口海岸处兴建10万至 100万千瓦级的潮汐电站;并会出现中、小型实用的波力发电装置和试验的海水温差发电装置。从长远看,海洋能的利用将成为世界新能源的重要方面。

海洋物理化学生物要素有哪些?

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:①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。②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。③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。