內容簡介
佩特科維茨教授是國際大師級的著名海洋化學家、物理化學家、地球化學家和環境水化學家。《平衡、非平衡和天然水》一書是佩特科維茨博士集自已終生成就和各家之精華而寫成的內容豐富而廣泛的專著。全書分十五章，即1.化學基礎和地球；2.地球化學；3.海洋學概述；4.地球科學工作者的熱力學；5電解質溶液；6.水溶液中酸和Co2體系的性質；7. 海洋中的碳酸；8. 固體-液體相互作用；9. 溶液中碳酸鹽動力學與晶體形成；10. 碳酸鹽的溶解度與相關過程；11. 金屬絡合物；12.氧化還原反應與地球化學；13. 電解質溶液的地球化學；14. 氣體；15. 天然溶液。本書內容新穎，指出了學科發展的前沿。本書體系突出了作者獨有的學術體系，在國內尚無同類著作出版，是地球科學和化學科學的世界名著。本書對化學、化工、海洋、環境、地球科學和物理等科學和技術工作者，大學生、研究生和專家都有學習或參考價值。
圖書目錄
導論......................................................................................................... （1）
第一章化學基礎與地球................................................................................. （2）
1.1用我們的星球來解釋定義............................................................ （2）
1 . 1 . 1 化學............................................................................. （2）
1 . 1 . 2 元素.............................................................................. （2）
1. 1. 3化合物.......................................................................... （3）
1.1.4地球中物質的分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （4）
1. 1. 5混合物.......................................................................... （6）
1.2天然水的組分........................................................................... （6）
1.3濃度單位和轉換方程式.............................................................. （7）
1. 3. 1基本量........................................................................... （7）
1. 3. 2濃度單位........................................................................ （7）
1. 3. 3轉換方程........................................................................ （8）
1.3.4天然水中的密度、比重及其倒數.......................................... （9）
1.4平衡和穩態概念........................................................................ （10）
1.4.1機械平衡與穩態............................................................ （10）
1.4.2化學平衡與穩態............................................................ （11）
1.4.3質量作用定律............................................................... （12）
1.5活度和活度係數淺論.................................................................. （14）
1.5.1理想氣體定律............................................................... （14）
1.5.2相互作用的粒子............................................................ （14）
1.5.3 活度和活度係數............................................................ （14）
1.6周期表和電子結構................................................................... （16）
1.6.1電子結構、周期表和原子的性質........................................ （16）
1.6.2化學鍵的類型................................................................ （17）
1. 7水的結構............................................................................. （17）
1 . 7 . 1 水................................................................................. （17）
1.7.2電解質溶液................................................................. （18）
1.28平衡的類型........................................................................... （18）
1.8.1酸和鹼的解離................................................................ （19）
1.8.2離子對的生成............................................................... （19）
1. 8. 3配位作用..................................................................... （19）
1. 8. 4溶解度........................................................................ （19）
1.8.5氧化還原反應............................................................... （19）
1.9要澄清的標記........................................................................... （20）
小結............................................................................................. （20）
第二章地球化學....................................................................................... （21）
2.1海洋的歷史，地球化學循環以及人們認識的進展............................. （21）
2.1.1海洋作為收集器............................................................ （21）
2. 1. 2沉積的觀點.................................................................. （22）
2.1.3總的地球化學循環......................................................... （23）
2. 1. 4海洋的歷史.................................................................. （23）
2. 1. 5沉積質量..................................................................... （25）
2.2礦物（包括粘土、岩石）和地質年代................................................ （26）
2 . 2 . 1 礦物........................................................................... （26）
2.2.2粘土的結構與重要性...................................................... （28）
2.2.3晶體及其在自然界中作用的概述....................................... （30）
2 . 2 . 4 岩石............................................................................ （32）
2.2.5平衡、非平衡和礦物聚集（RMP） ....................................... （33）
2. 2. 6礦物和平衡.................................................................. （36）
2.2.7地質年代的範圍............................................................ （36）
2.3總循環與逆風化的舉例............................................................... （37）
2.3.1水循環（RMP） ............................................................... （37）
2.3.2主要的風化和沉積途徑................................................... （38）
2. 3. 3逆風化........................................................................ （40）
2. 3. 4水熱活動..................................................................... （44）
2.3.5人類存在之前的CO2體系途徑.......................................... （45）
2.3.6 CO2體系通量和儲庫的估算............................................. （46）
2. 3. 7元素的循環.................................................................. （50）
2.3.8 氧 .............................................................................. （51）
2 . 3 . 9 矽........................................................................... （52）
2.3.10關於人類的影響............................................................ （52）
2.4準態海洋的假設......................................................................... （53）
2.4.1海洋是穩態的嗎？ ......................................................... （53）
2.4.2地殼鈣的過剩問題......................................................... （55）
2.4.3海洋是平衡的嗎？ ......................................................... （58）
2.4.4 穩態與pH的控制......................................................... （63）
2.5. 貯庫轉移和循環的理論........................................................... （64）
2. 5. 1線性模型................................................................ （64）
2. 5. 2非線性模型................................................................ （70）
小結............................................................................................. （71）
第三章海洋學概述............................................................................................. （72）
3. 1地質學概述.............................................................................. （72）
3.1.1海洋、陸地和水的分布...................................................... （72）
3.1.2對氣候的影響........................................................... （74）
3.1.3面積、深度和體積............................................................ （74）
3. 1. 4地形特徵..................................................................... （75）
3. 2水的運動................................................................................ （75）
3. 2. 1主要洋流..................................................................... （75）
3.2.2柯氏力和風應力............................................................ （76）
3. 2. 3上升流........................................................................ （76）
3.3溫度、鹽度和密度的分布；水的轉移................................................ （76）
3.3.1溫度和鹽度的分布......................................................... （76）
3. 3. 2海水密度..................................................................... （77）
3 . 3 . 3 水團.......................................................................... （78）
3. 3. 4平流- 擴散方程............................................................... （80）
3.3.5海洋中的水通量及逗留時間............................................. （82）
3. 4 地球的能量收支........................................................................ （83）
3.4.1能量守恆和熵增加......................................................... （83）
3. 4. 2全球收支..................................................................... （84）
3. 4. 3區域收支..................................................................... （86）
3.4.4蒸發、降水、大洋水的緯向遷移.................................... （87）
3.4.5對水圈的進一步說明...................................................... （90）
3. 4. 6光的吸收.................................................................... （91）
3. 5海洋中的生命........................................................................... （92）
3.5.1生物團和生態系............................................................ （92）
3.5.2光和光合效率............................................................... （92）
3. 5.3生物的分類.................................................................. （93）
3.5.4光合作用和生產力......................................................... （94）
3.5.5肥力與化學.................................................................. （96）
3 . 6 洋底............................................................................................. （96）
3 . 6 . 1 地殼........................................................................... （96）
3. 6.2海底沉積物..................................................................... （97）
3.7海水的組成、保守性質、氯度和鹽度................................................ （97）
3.7.1歷史的回顧及一些重要概念............................................. （97）
3. 7.2海水的取樣.................................................................. （100）
3.7.3海水中物質的分類及組成............................................... （100）
3. 7. 4氯度解釋.............................................................. （102）
3.7.5氯度的測定................................................................... （104）
3. 7.6鹽度的定義........................................................................ （104）
3.7.7氯度比和總鹽量............................................................. （105）
3.7.8水型、水團及T-S‰ 圖................................................... （106）
3.8侮洋中的化學物質分布模型...................................................... （107）
3.8.1典型的海洋分布.................................................................. （107）
3.8.2水生物化學方程........................................................... （110）
3.8.3 Redfield模型.................................................................... （111）
3.8.4 Redfield模型的特殊情況及對營養物的進一步思考............... （114）
3.8.5 Redfield，模型的套用...................................................... （116）
3.8.6 Broecker的模型............................................................ （118）
3.8.7. Riley對大西洋提出的箱式模型.......................................... （119）
3.8.8 Wirtky的連續模型........................................................ （119）
3.8.9 Kuo和Veronis的工作................................................... （120）
3. 8. 10缺氧水........................................................................ （121）
3 . 9 湖沼....................................................................................... （121）
3 . 9 . 1 概述......................................................................... （121）
3. 9. 2湖盆的起源................................................................. （121）
3 . 9 . 3 尺度........................................................................... （121）
3. 9. 4物理描述............................................................... （122）
3.9.5湖水的主要組成............................................................ （122）
3.10河川輸入，弛豫時間和海洋容量................................................ （123）
3.10.1概述與組成.................................................................. （123）
3. 10.2循環鹽類.................................................................. （124）
3.10.3輸入、弛豫時間、逗留時間和海洋容量.............................. （125）
3.10.4對河口的一些說明..................................... . . . . . . . . . . . . . . . （127）
小結............................................................................................. （127）
第四章地學工作者的熱力學基礎................................................................... （129）
4 . 1 概念.................................................................................... （129）
4.2第一定律、內能和焓.............................................................. （129）
4 . 2 . 1 內能........................................................................... （130）
4.2.2功、熱和可逆性............................................................. （130）
4.2.3 焓和二氧化矽溫度計......................................................... （133）
4 . 2 . 4比熱與摩爾熱.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. （135）
4. 2. 5氣體膨脹..................................................................... （136）
4.3第二定律、嫡和自由能.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （138）
4. 3. 1卡諾循環............................................................... （138）
4 . 3 . 2 熵.............................................................................. （139）
4.4熱力學第二定律和自由能......................................................... （141）
4. 4. 1第二定律...................................................................... （141）
4.4.2 熵和幾率....................................................................... （143）
4.4.3一些概念和說明............................................................ （143）
4.5自由能，平衡與海洋.................................................................. （145）
4. 5. 1自由能........................................................................ （145）
4.5.2自由能與一般平衡條件................................................... （146）
4. 5. 3流體熱力學............................................................... （149）
4.6化學熱力學，偏摩爾量和多組分體系............................................ （154）
4.6.1多組分體系的平衡條件..................................................... （154）
4.6.2偏摩爾量及其圖解......................................................... （155）
4.6.3 Gibbs-Duhem方程............................................................... （157）
4. 6. 4偏摩爾體積............................................................ （158）
4 . 7 活度.................................................................................... （161）
4. 7. 1氣體的活度........................................................................ （161）
4.7.2氣體混合物................................................................. （163）
4.7.3溶液和溶劑的標準態...................................................... （165）
4.7.4理想溶液和正規溶液..................................................... （165）
4.7.5溶質的標準態和參考態......................................................... （166）
4.7.6海洋中重力場、溫度和壓力效應....................................... （168）
4.8平衡與化學反應................................................................. （171）
4.8.1平衡常數的推導.............................................................. （171）
4.8.2溫度和壓力對平衡常數的影響..................................... （173）
4.8.3溶液與固體的熱性質........................................................ （175）
4. 8. 4生成自由能.................................................................. （176）
4.8.5自由能與平衡常數......................................................... （176）
4.8.6電動勢、自由能及平衡常數之伺的關係................................. （178）
4.8.7多組分體系熱力學概要................................................... （182）
4. 8. 8均相平衡..................................................................... （183）
4.8.9多相平衡與相律......................................................... （184）
4. 8. 10三角圖........................................................................... （187）
4.8.11其他類型的穩定性圖.................................................. （190）
4. 8. 12固溶體.................................................................... （192）
4.9海水的物理化學性質............................................................... （193）
4.10溶液統計熱力學...................................................................... （194）
4.11不可逆熱力學........................................................................... （196）
小結.............................................................................................. （198）
第五章電解質溶液......................................................................................... （200）
5.1活度係數概述及其套用........................................................ （200）
5. 1. 1一般考慮.................................................. （200）
5.1.2本章的論題........................................................... （200）
5.1.3活度係數的重要性......................................................... （201）
5 . 1 . 4 符號................................................................................. （201）
5. 1. 5其他性質.................................................................... （203）
5.2電解質的類型............................................................................... （203）
5.2.1強電解質及其與弱電解質的比較............................................ （203）
5. 2. 2弱電解質.......................................................................... （205）
5. 2. 3離子對......................................................................... （205）
5. 2. 4絡合物................................................................ （206）
5.3電解質活度係數的規定........................................................... （207）
5. 3. 1平均量........................................................................ （207）
5.3.2標準態和參考態............................................................ （211）
5.3.3離子一水相互作用........................................................ （212）
5.4 Debye-Hückel方程與有關方程.................................................... （212）
5. 4. 1離子強度..................................................................... （213）
5.4.2電學術語的幾個簡單定義................................................. （213）
5.4.3矢量性質與離子............................................................. （213）
5.4.4對電勢的Debye-Hückel 方程的推導................................. （216）
5.4.5 Debye-Hückel理論的評述............................................. （219）
5.4.6 Debye-Hückel活度係數公式.......................................... （220）
5.4.7 Debye-Hückel理論（1923）的進展與Guntelberg方程（1926） （225）
5.4.8 Culberson方程............................................................ （234）
5. 4. 9介電常數變化的影響..................................................... （239）
5.4.10 Heckel方程............................................................... （241）
5.4. 11活度係數研究中應考慮的因素....................................... （242）
5.4.12 Guggenheim方程......................................................... （243）
5.4.13 Davies方程：自由和總的活度係數.................................... （244）
5. 5水化作用............................................................................. （245）
5.5.1水化作用的說明............................................................ （245）
5 . 5 . 2 水化理論..................................................................... （248）
5.5.3 Debye-Hückel及有關方程的總結.................................... （252）
5.5.4鹽溶與鹽析的進一步討論................................................ （254）
5. 6 晶格模型............................................................................... （255）
5 . 6 . 1 引言........................................................................... （255）
5. 6. 2一般假設..................................................................... （255）
5.6.3水溶液中的平均PLRO與構型自由能.............................. （255）
5. 6. 4晶格方程.................................................................... （256）
5 . 6 . 5 結果........................................................................... （257）
5.7單離子活度係數..................................................................... （259）
5.7.1離子對：概念............................................................... （261）
5.7.2 Cl‰ ，S‰ ，I和Ie 的相互轉換.......................................... （265）
5. 7. 3平均鹽方法.................................................................. （268）
5.7.4平均鹽方法與Debye-Hückel 方程的比較........................... （274）
5.7.5 YF和YT之間的正規關係................................................. （275）
5.7.6 Garrels和Thompson （19 62）方法及其評論比較..................... （276）
5.7.7與Garrels和Thompson相關的工作................................. （294）
5.7.8 Kester和Pytkowicz的離子對模型.................................... （297）
5.7.9壓力和溫度對離子對及化學計量熱力學函式的影響............... （302）
5.7.10 HCO3- 和CO2-3的活度係數.......................................... （305）
5.7.11單離子的水化模型...................................................... （312）
5.7.12 Bronsted-Guggenheim方法.......................................... （314）
5. 7. 13將Pi t zer 模型用於單一離子.......................................... （316）
5.7.14水的解離與（YH）T和（γOH）T值............................................. （316）
5.8電解質溶液熱力學.................................................................. （318）
5.8：1 Gibbs-Duhem方程......................................................... （318）
5.8.2溶液的過剩熱力學函式.................................................... （319）
5.8.3 Harned規則的進一步討論............................................. （320）
5.8.4混合電解質溶液的某些性質.................................................. （320）
5. 8. 5離子介質....................................................................... （322）
5.9電解質的平均活度係數............................................................ （325）
5. 9. 1離子對........................................................................ （325）
5.9.2其他方法和結果............................................................ （350）
5.9.3 Bronsted假設............................................................. （354）
5.9.4 Guggenheim的推擴...................................................... （354）
5.9.5 Pitzer理論............................................................ （356）
5. 10正則系綜方法........................................................................ （358）
5.10.1微正則系綜............................................................... （358）
5.10.2正則系綜（359）
5.10.3正則系綜的套用..................................................... （359）
5.10.4 Kirkwood的解釋....................................................... （361）
5.10.5 Frank和Thompson的方法.......................................... （362）
5. 10.6簇團積分.................................................................. （362）
5.10.7 Harned和Robinson方法............................................. （363）
5.11有關海水的偏摩爾體積.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （363）
5. 12相互比較.............................................................................. （364）
5.13結論與建議........................................................................... （365）
5.13.1標準態和參比態.................................................. （365）
5.13.2活度、活度係數及化學勢............................................. （366）
5.13.3電解質CeAa 的平均量................................................ （366）
5.13.4自由的和總的活度係數............................................... （366）
5.13.5活度係數方程式.......................................................... （366）
小結...................................................................................... （367）
第六章水溶液中酸與CO2體系的性質........................................................... （368）
6.1碳和CO2的化學..................................................................... （368）
6. 1. 1碳的性質.................................................................... （368）
6.1.2 CO2的化學.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . （370）
6. 2酸和鹼................................................................................... （371）
6 . 3 碳酸.................................................................................... （372）
6.4 CO2的溶解度........................................................................ （373）
6.4.1在水中的溶解度和熱力學數據.......................................... （373）
6.4.2在鹽溶液中的鹽析和活度係數........................................ （375）
6.5碳酸的熱力學離解常數............................................................ （378）
6.6離解常數的類型..................................................................... （380）
6.7 CO2體系的關鍵反應和方程...................................................... （381）
6 . 7 . 1 反應.......................................................................... （381）
6.7.2離解常數的討論............................................................ （381）
6.7.3表觀常數：進一步討論及其套用....................................... （385）
6.8 CO2在水溶液中的存在形式..................................................... （388）
6.8.1存在形式的確定............................................................ （388）
6.8.2 TCO2，TA與溶液中的過程...................................... （391）
6.8.3平衡，pH和離子介質.................................................... （392）
小結............................................................................................ （397）
第七章海洋中的碳酸................................................................................. （398）
7. 1基本方程及其性質.................................................................. （398）
