كيمياء المياه
تدرس كيمياء المياه التوازنات الكيميائية ومعدلات التفاعل التي تحدد تركيب المياه الطبيعية، من الأنهار والبحيرات إلى المحيطات والمياه الجوفية.
Definition
فرع الكيمياء البيئية المعني بالتركيب الكيميائي والتوازنات وحركية التفاعل للمياه الطبيعية.
Scope
يغطي هذا المجال توازنات الحمض والقاعدة والكربونات، وظروف الأكسدة والاختزال، وتحديد أنواع المعادن وتكوين معقداتها، وكيمياء المغذيات التي تتحكم في الإنتاجية. إنه يتعامل مع الماء كوسيط تفاعلي تتفاعل فيه الغازات المذابة والمعادن والمواد العضوية والكائنات الحية، ويوفر الإطار التوازني والحركي المستخدم في علوم جودة المياه والنظم البيئية المائية.
Sub-topics
Core questions
- ما الذي يتحكم في الأس الهيدروجيني والقدرة التخزينية للمياه الطبيعية؟
- كيف تشكل ظروف الأكسدة والاختزال كيمياء المياه؟
- بأي أشكال كيميائية توجد المعادن والمغذيات في الماء؟
- كيف تستجيب كيمياء المحيطات لارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي؟
Key theories
- نموذج التوازن الكيميائي للمياه الطبيعية
- يمكن فهم تركيب المياه الطبيعية من خلال توازنات الحمض والقاعدة، والذوبانية، والأكسدة والاختزال، وتكوين المعقدات، مع استكمالها بالحركية حيث تكون التفاعلات بطيئة، مما يوفر إطارًا كميًا للتنبؤ بتحديد الأنواع.
- تخزين الكربونات وتحمض المحيطات
- يعمل نظام الكربونات على تخزين المياه الطبيعية ومياه البحر؛ يؤدي امتصاص ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ إلى خفض الأس الهيدروجيني للمحيطات وتشبع الكربونات، مع ما يترتب على ذلك من عواقب على الكائنات الحية التي تكون هياكلها من الكالسيوم.
Mechanisms
تُصنف كيمياء المياه حول متغيرات رئيسية: الأس الهيدروجيني (pH) الذي تحدده أنظمة الكربونات وغيرها من أنظمة الحمض والقاعدة، والجهد الكهربائي (pE) أو جهد الأكسدة والاختزال الذي تحدده توافر المانحين والمستقبلين للإلكترونات، وتركيزات الروابط (ligand) التي تتحكم في تحديد أنواع المعادن. تتفاعل هذه المتغيرات مع ذوبان المعادن وترسيبها ومع الامتصاص والتنفس البيولوجي.
Clinical relevance
تكمن أهمية كيمياء المياه في معالجة مياه الشرب، وتقييم تلوث المعادن والمغذيات، والتنبؤ بكيفية استجابة النظم البيئية للتحمض والتخثث.
History
توطدت كيمياء المياه كنظام كمي قائم على التوازن بواسطة ستوم ومورغان (Stumm and Morgan) منذ الستينيات فصاعدًا، بناءً على تطبيق سيلين (Sillen) للتوازنات الكيميائية على مياه البحر.
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- hoeghguldberg2007
Frequently asked questions
- لماذا يُطلق على الأس الهيدروجيني (pH) متغيرًا رئيسيًا في كيمياء المياه؟
- لأنه يتحكم في العديد من التوازنات الأخرى في آن واحد، بما في ذلك ذوبانية المعادن، وتحديد أنواع المعادن، وتوزيع أنواع الكربونات.