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2. 水溶液性质及其表征 2.1 溶液性质的群论预测。 “群”是物体对称性的精确度量，“群论”是研究对称性的一个数学学科。“对称性”出现在世间万物中，它维持着自然界的平衡和稳定，表现出高度对称性的物体具有简洁优美的性质，在人类理解世界的活动过程中起到了至关重要的作用。群论在数学的各个分支中是一种基本语言和工具，在物理、化学等自然科学中都有重要应用。水圈是自然界物质沟通的纽带，水的溶液性质或称水溶液性质表现出广泛的功能性、物质的复杂性、对象的多样性以及功能的未知性等方面的结合。非常需要使用简洁的数学语言来归纳水体的宏观性质，群论的引入能够完美地解决这一问题。比如，水中阴阳离子平衡、可逆的吸热与放热、反应方程式的配平即物质守恒、得失电子数相等，物质的不灭、转化与归趋等，充分演绎了水质转变过程中的性质集合理论。 水溶液性质可分为能量、元素和分散系三个空间，物质是空间中的向量，性质是空间中的维度(平面)。一方面，水溶液性质是可以编辑的，向量在不同维度可以进行加法、点乘、叉乘、交集等运算操作用以表达加和关系、协同关系、因果关系和分支关系等；另一方面，已经发现的物质和性质在能量、元素和分散体系中的阈值并不连续，大量的物质和性质没有发现或者尚未被命名，这些未知领域会在科学技术不断发展后被发现，表现出可发展性。 2.2能量起源。 地球从内到外分别由岩石圈、水圈、生物圈和大气圈组成，向心元素如Mg、Cr、Fe、Co、Ni、Cu等和大部分重金属倾向于分布在岩石圈中，离心元素如N、C、O、H、Cl、I和稀有气体元素等倾向于分布在大气圈中，属于地球化学的正搬运作用。能量物质是由自然界的元素通过吸收能量，进行逆搬运后产生，如盐类物质通过蒸腾作用进入大气环境，聚磷菌消耗碳源而富集ATP（三磷酸腺苷酶，生物转化的能量标记物），植物通过光合作用进行固碳作用，以及合成氨工业等，都是促成向心元素向气相、水相、生物相的转化或迁移，也将离心元素固定在生物相或沉积相中。正搬运作用主要遵从热力学平衡，逆搬运作用主要服从动力学平衡，地球上的物质循环时呈现出2种平衡的统一。能量物质伴随着搬运作用而产生，是元素进行地球化学循环的重要一环。水圈中的能量物质的种类包含有机物(COD/BOD/TOC)、含氮化合物、含硫化合物及其他元素的位置和移动所产生的动能、势能、键能和化合能。 水溶液中的能量物质与系统外的光能、地热能等引发了不同形式的能量交换，从微观角度分析可分为2种，一种是围绕原子核的变化，往往引起了元素间的物理变化，如沉降、结晶、沉淀、成矿、沉积、相变、凝固、共沸、吸附、衰变、渗透、表面张力等，能量密度从高到低蕴含了原子能、晶格能、内能、势能、电磁能、氢键、电场、范德华力等的作用。另一种是电子的迁移，引起了元素的光化学或物理化学变化，能量密度的不同能级吸收或释放，从γ射线到微波的不同波长的光波，以溶解、氧化、还原、络合、螯合、自由基、离子共价键的形式形成的化学反应，能量密度相对集中在0.13~17.4 MJ/kg区间内。驱动水体自净作用，被认为是能量作用下的溶液性质各种因素集合的群集变化，需要借助于群论加以描述。
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