2. 水溶液性質及其表征

2.1 溶液性質的群論預測。

     “群”是物體對稱性的精確度量，“群論”是研究對稱性的一個數(shù)學學科?！皩ΨQ性”出現(xiàn)在世間萬物中，它維持著自然界的平衡和穩(wěn)定，表現(xiàn)出高度對稱性的物體具有簡潔優(yōu)美的性質，在人類理解世界的活動過程中起到了至關重要的作用。群論在數(shù)學的各個分支中是一種基本語言和工具，在物理、化學等自然科學中都有重要應用。水圈是自然界物質溝通的紐帶，水的溶液性質或稱水溶液性質表現(xiàn)出廣泛的功能性、物質的復雜性、對象的多樣性以及功能的未知性等方面的結合。非常需要使用簡潔的數(shù)學語言來歸納水體的宏觀性質，群論的引入能夠完美地解決這一問題。比如，水中陰陽離子平衡、可逆的吸熱與放熱、反應方程式的配平即物質守恒、得失電子數(shù)相等，物質的不滅、轉化與歸趨等，充分演繹了水質轉變過程中的性質集合理論。

水溶液性質可分為能量、元素和分散系三個空間，物質是空間中的向量，性質是空間中的維度(平面)。一方面，水溶液性質是可以編輯的，向量在不同維度可以進行加法、點乘、叉乘、交集等運算操作用以表達加和關系、協(xié)同關系、因果關系和分支關系等；另一方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的物質和性質在能量、元素和分散體系中的閾值并不連續(xù)，大量的物質和性質沒有發(fā)現(xiàn)或者尚未被命名，這些未知領域會在科學技術不斷發(fā)展后被發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)出可發(fā)展性。

2.2能量起源。

       地球從內到外分別由巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈組成，向心元素如Mg、Cr、Fe、Co、Ni、Cu等和大部分重金屬傾向于分布在巖石圈中，離心元素如N、C、O、H、Cl、I和稀有氣體元素等傾向于分布在大氣圈中，屬于地球化學的正搬運作用。能量物質是由自然界的元素通過吸收能量，進行逆搬運后產(chǎn)生，如鹽類物質通過蒸騰作用進入大氣環(huán)境，聚磷菌消耗碳源而富集ATP（三磷酸腺苷酶，生物轉化的能量標記物），植物通過光合作用進行固碳作用，以及合成氨工業(yè)等，都是促成向心元素向氣相、水相、生物相的轉化或遷移，也將離心元素固定在生物相或沉積相中。正搬運作用主要遵從熱力學平衡，逆搬運作用主要服從動力學平衡，地球上的物質循環(huán)時呈現(xiàn)出2種平衡的統(tǒng)一。能量物質伴隨著搬運作用而產(chǎn)生，是元素進行地球化學循環(huán)的重要一環(huán)。水圈中的能量物質的種類包含有機物(COD/BOD/TOC)、含氮化合物、含硫化合物及其他元素的位置和移動所產(chǎn)生的動能、勢能、鍵能和化合能。

       水溶液中的能量物質與系統(tǒng)外的光能、地熱能等引發(fā)了不同形式的能量交換，從微觀角度分析可分為2種，一種是圍繞原子核的變化，往往引起了元素間的物理變化，如沉降、結晶、沉淀、成礦、沉積、相變、凝固、共沸、吸附、衰變、滲透、表面張力等，能量密度從高到低蘊含了原子能、晶格能、內能、勢能、電磁能、氫鍵、電場、范德華力等的作用。另一種是電子的遷移，引起了元素的光化學或物理化學變化，能量密度的不同能級吸收或釋放，從γ射線到微波的不同波長的光波，以溶解、氧化、還原、絡合、螯合、自由基、離子共價鍵的形式形成的化學反應，能量密度相對集中在0.13~17.4 MJ/kg區(qū)間內。驅動水體自凈作用，被認為是能量作用下的溶液性質各種因素集合的群集變化，需要借助于群論加以描述。