第二章自然界的物質 李長儒 Chang-Ju, Lee

自然水 存在於自然界未經處理的水稱為自然水，如海水、河水、湖水、泉水、地下水、雨水與冰原水系水等。

物性 B點的橫坐標：正常沸點(bp)。 F點的橫坐標：熔點(mp)或稱 凝固點(fp)。 A點：三相點。 C點：臨界點。 F點的橫坐標：熔點(mp)或稱 凝固點(fp)。 E點：加壓會使水的mp降低。 A點：三相點。  B、D、E、F點：兩相共存。

化性 水因易與許多物質形成特殊引力，故水是優良溶劑，可溶解許多物質。 IA族金屬與IIA族金屬與水作用會產生氫氣，溶液並呈鹼性。 非金屬氧化物溶於水呈酸性。

水質 硬水：水中含有Ca2+或Mg2+稱為硬水。 當水中含有可溶性鈣或鎂的HCO3-的硬水，稱為暫時硬水。 當水中含有SO42-及Cl-其中的鈣離子或鎂離子不會因為煮沸而出去，稱為永久硬水。

硬水的軟化 [原理]：能去除 Ca2+、Mg2+ 陽離子的方法，可軟化暫時及永久硬水 。 常見的硬水軟化法有煮沸法、石灰-蘇打法、蒸餾法、陽離子交換法等四種。

煮沸法 暫時硬水可藉由煮沸法軟化。 2Ca(HCO3)2→2CaCO3+H2O+CO2 2Mg(HCO3)2→2MgCO3+H2O+CO2

石灰-蘇打法 CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq) Mg2+(aq) + Ca(OH)2(aq) Mg(OH)2(s) + Ca2+(aq) Ca2+(aq)+Na2CO3(aq) CaCO3(s)+2Na+(aq)

蒸餾法

陽離子交換法 軟水 NaR 含有Ca2+與Mg2+的水 硬水 再生：使用濃食鹽水沖洗。

(1) 加熱煮沸 (1) 石灰蘇打法 (2) 石灰蘇打法 (2) 陽離子交換法 (3) 陽離子交換法

凝聚劑 pH＝8 的溶液加入FeCl3(aq) 產生Fe(OH)3(s) pH＝8 的溶液加入明礬 產生Al(OH)3(s) Fe(OH)3(s) 與Al(OH)3(s)均為膠體，會吸附水中懸浮微粒 而產生沉降作用，故被用作凝聚劑。

海水中主要的物質含量 結論：Cl－>Na＋>SO42－>Mg2＋>Ca2＋

食鹽 食鹽學名氯化鈉 ( NaCl )，是海水中含量最多的化合物。 ◎健康低鈉鹽即氯化鈉中混入約47%氯化鉀，故鈉鹽百分率相對減少。 由海水在鹽田中經日曬蒸發而製得。 海水蒸發時，各種溶鹽順序結晶而出：硫酸鈣( CaSO4 )最先沈澱，其次為食鹽 ( NaCl )，最後餘下的濃鹽溶液稱苦滷，海水中可提煉鎂(及化合物)、鹵化物和其他鹽類。

電解 NaCl(aq) 2NaCl(aq) + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2 陰極（－）

氯氣+氫氣+氫氧化納

海水淡化 蒸餾法 逆滲透法

逆滲透法 在正常情況下，水分子由低濃度溶液(淡水)經由 半透膜流至高溶度溶液(海水)。 因外加壓力使水分子反向流動造成逆滲透

來源 防治 (廢水處理) 重金屬污染 熱污染 優養化

汙染的來源 畜牧牲畜 排泄物 工業高污染 性的溶劑 原 因 農藥、肥料 造成的影響 農業污染 畜物廢水 工業污染

熱汙染 熱汙染----因熱量排入河流、湖泊或海洋中，使水中自然生態破壞的汙染。

優養化 優養化----因含氮、磷的物質排入水中造成水中藻類及微生物快速繁殖生長，而耗盡水中的氧氣，造成魚貝類死亡，淨水發臭的現象。

水汙染防治

大氣的組成 定義：地球表面上空分佈1000公里內所覆蓋的空氣稱為大氣；大氣總質量為9×1021公斤，由於地心引力的關係，約有99 %的大氣處於離海平面高度30公里以下。 原始大氣：H2、H2O、CH4、NH3 現今大氣：N2、O2、Ar、CO2 等

大氣的組成 外 氣 層 游 離 層 中氣層 平流層 對流層

對 流 層 對流層----離地表大約13公里以內，近海平面乾燥空氣的組成如下表:

平流層----離地表13公里至50公里含有臭氧具吸收紫外線的功能，可保護地表生物，又稱臭氧層。 平 流 層 平流層----離地表13公里至50公里含有臭氧具吸收紫外線的功能，可保護地表生物，又稱臭氧層。

中氣層----離地表50公里至85公里，含有氧、臭氧及碳和氮的氧化物 。此層會進行氧之光分解，又稱光化層。 中 氣 層 中氣層----離地表50公里至85公里，含有氧、臭氧及碳和氮的氧化物 。此層會進行氧之光分解，又稱光化層。

游離層----離地表85公里至550公里，離子多，溫度高，又稱增溫層。 游 離 層 游離層----離地表85公里至550公里，離子多，溫度高，又稱增溫層。

外氣層 ---- 離地表550公里至1000公里的高空，含H、He 的外太空起點。 外 氣 層 外氣層 ---- 離地表550公里至1000公里的高空，含H、He 的外太空起點。

壓力單位 大氣壓 表示法 1標準大氣壓力(1atm)(在0C、海平面) 水銀柱高度 表示 76 cmHg，760 mmHg，760torr(托) 單位面積所受的力 1033.6 gw/cm2，___________dyne/cm2， 1.013×105 nt/m2(Pa)帕SI制 氣　象　用 1.013 bar 或 1013 mb (毫巴)

空氣污染 決定因素： A.污染源 B.大氣的轉移 C.接受物

光煙霧 光煙霧---- NO與有機物在空氣中經光化學反應產 生新污染物質，由於地形及氣候而產生通風不良 煙霧瀰漫的現象，又稱為洛杉磯煙霧。 都會區的光化學煙霧

污 染 源 成份 來 源 及 效 應 1.碳的氧化物 COx CO 1.主因─秋天樹葉凋零，葉綠素分解生大量 CO 煤和石油不完全燃燒 易與血紅素結合，致中毒死亡 ( 5%) 防治 1.治本：管制車輛，控制污染，訂廢氣處理法 2.治標：建立污染物測定和分析，設立 CO 濃度顯示器 CO濃度< 8 ppm (安全) CO濃度> 10 ppm (不合標準) CO2 1.化石燃料完全燃燒 C + O2→ CO2 溫室效應：阻止紅外光輻射逸入太空，使地球溫度 升高，進而熔化南北極冰山，發生洪水災變

污 染 源 成份 來 源 及 效 應 2.硫的氧化物 SOx SO2 1.主因─大型煉油廠、火力發電場、硫酸工廠廢氣 2.硫的燃燒 3.刺鼻味氣體，刺激氣管，枯萎樹木，腐蝕房屋 防治 SO2通入碳酸鈣生CO2 CaCO3 + SO2 + ½ O2 → CaSO4 + CO2 SO3 1.SO2氧化 2SO2 + O2 → 2SO3 2.因瑞典湖動、植物大量減少而發現 酸雨 SO3 + H2O → H2SO4

污 染 源 成份 來 源 及 效 應 3.氮的氧化物 NOx NO 1.空氣在內燃機反應 N2 + O2 → 2NO 光煙霧 易與血紅素結合 破壞臭氧層 NO + O3 → NO2 + O2 NO2 1.NO 與 O2 結合 2NO + O2 → 2NO2 光煙霧 肺炎( 50~100 ppm )，毒性 > NO N2O 牙醫麻醉，無毒性，俗名笑氣 破壞臭氧層 破壞力為 CFC 200倍 防治 1.下酸雨：NOX 加水生 HNO3 或 HNO2 2.改進火爐燃燒方法(火力發電場)，降低 NOX 3.降低內燃機溫度，減少 NOX

污 染 源 成份 來 源 及 效 應 4.碳氫化合物 烴類 汽車所排放之廢氣，通常包含碳、氮和硫的氧化物 及烴類 煉製石油塑膠工業溶劑 光煙霧 致癌物 ─ 苯、聯苯、多環芳香烴 5.塵埃與浮游物 SiO2 灰塵 1.飛沙走石，工廠、汽車排放物 懸浮粒：吸收與散射光，降低能見度

氟氯碳化物(Freon ) hν CF2Cl2 → F2ClC• + Cl• Cl•+ O3 → O2 + ClO O3 → O2 + O• 簡稱 (CFCs) 用途：冰箱、汽車、冷媒、噴霧劑、食品冷凍劑、泡棉發泡劑 hν CF2Cl2 → F2ClC• + Cl• Cl•+ O3 → O2 + ClO O3 → O2 + O• +) ClO + O•→ O2 + Cl• 總反應 2O3 → 3O2

大氣的轉移 土壤微生物：CO消耗 雨：氮及硫化物 洗去 風：沖散污染氣體

接受物 生物體接觸污染，部分可排除，部分無法排除，積留體內致生病或死亡

觸媒轉化器 觸媒轉化器 ---- 利用鉑 (Pt) 、銠(Rh)或 V2O5 等觸媒使燃燒不完全的CO及有機物轉變為CO2 和H2O ，並將氮的氧化物還原為氮氣。

成分

土壤成分---為礦物質、有機物和水組成，礦物質以矽酸鹽為主要成分。土壤剖面圖如下：

 溫室效應(Green house effect)CO2會吸收紅外線， 　 減少了地表熱能的散逸。