环境中元素的存在状态

Question

如题所述

Answer 1

（一）元素存在状态的概念

元素的存在状态是指元素的物理、化学相态和能量状态，它包括元素的物理状态、价态、化合态和结构态等方面。元素的存在状态不同，其迁移行为和生物毒性均有不同。例如Cr和Hg，由于各自价态的差异，造成了它们在环境中的迁移能力有明显的差异，Cr³⁺稳定，Cr⁶⁺与氧结合形成（CrO₄）²-络离子，则具有较大的迁移能力，且有毒性。Hg在环境中的存在状态包括气态汞、液态汞、硫化汞（Hg₂S）、甲基汞（CH₃Hg⁺）和二甲基汞［（CH₃）₂Hg］等。汞的形态不同，其毒性也各不相同，其中甲基汞的毒性最为严重。

（二）环境中元素的存在状态

1.土壤中元素的存在状态

土壤主要由固相、液相和气相物质组成。除 C、O、H和部分 N主要来自大气和水以外，其他的植物生长必需元素主要来自土壤液相和土壤固相物质。T e s s le r等（1979）将土壤中金属元素存在形式分为：①水溶态，主要存在于土壤溶液中，以溶解态的阴阳离子、络阴离子和有机化合物等形式出现，如 K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、、Zn²⁺和有机酸等；②可交换态，即吸附在粘土矿物和有机质颗粒的表面，易被其他离子交换出来的离子，如 K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺等；③有机、无机结合态，如以有机形态结合存在于生物有机体中的元素和以氢氧化物出现的元素等；④固定态，即固定在矿物中的难以溶解和不能被其他离子交换的元素。其中水溶态和可交换态为有效态，是能被植物直接吸收利用的，二者的总量叫做有效态含量或有效量。

2.天然水体中元素的存在状态

目前，较为成熟地研究水中金属元素存在状态的方法是：由于天然水中常存在粒径大小不同的悬浮物，故需先用滤膜进行过滤。以水中物质能否通过孔径为0.45μm（或0.22 μm）滤膜，将水中的金属物质分为溶解态（可通过滤膜的物质）和悬浮态（不能通过滤膜的物质）两大类。

根据溶解态金属的化学活性，将溶解态进一步分为稳定态（无机和有机金属络合物、与无机和有机胶体结合的金属元素）和不稳定态（无机和有机金属络合物、游离态的金属离子）两种类型。

较大颗粒悬浮物和水体底泥中金属元素的存在状态根据Tessler等提出的逐级分离技术将其分为：水溶态；可交换态；与碳酸盐结合态；与Fe、Mn氧化物结合态；与有机物、硫化物结合态和残渣态六种。

表5-1列出了天然水中溶解态无机物的主要存在形式。

表5-1 好氧条件下天然水中溶解态无机物的存在形式