Aquatische Chemie
Die aquatische Chemie untersucht die chemischen Gleichgewichte und Reaktionsgeschwindigkeiten, die die Zusammensetzung natürlicher Gewässer bestimmen, von Flüssen und Seen bis hin zu Ozeanen und Grundwasser.
Definition
Der Zweig der Umweltchemie, der sich mit der chemischen Zusammensetzung, den Gleichgewichten und der Reaktionskinetik natürlicher Gewässer befasst.
Scope
Dieser Bereich umfasst Säure-Basen- und Karbonatgleichgewichte, Oxidations-Reduktions-Bedingungen, die Speziation und Komplexbildung von Metallen sowie die Nährstoffchemie, die die Produktivität steuert. Er behandelt Wasser als reaktives Medium, in dem gelöste Gase, Mineralien, organische Stoffe und Biota interagieren, und liefert den Gleichgewichts- und kinetischen Rahmen, der in der gesamten Wasserqualitäts- und aquatischen Ökosystemwissenschaft verwendet wird.
Sub-topics
Core questions
- Was steuert den pH-Wert und die Pufferkapazität natürlicher Gewässer?
- Wie strukturieren Redoxbedingungen die aquatische Chemie?
- In welchen chemischen Formen liegen Metalle und Nährstoffe im Wasser vor?
- Wie reagiert die Ozeanchemie auf steigendes atmosphärisches Kohlendioxid?
Key theories
- Chemisches Gleichgewichtsmodell natürlicher Gewässer
- Die Zusammensetzung natürlicher Gewässer kann durch gekoppelte Säure-Basen-, Löslichkeits-, Redox- und Komplexbildungsgleichgewichte verstanden werden, ergänzt durch Kinetik, wo Reaktionen langsam sind, was einen quantitativen Rahmen zur Vorhersage der Speziation bietet.
- Karbonatpufferung und Ozeanversauerung
- Das Karbonatsystem puffert natürliche Gewässer und Meerwasser; die Aufnahme von anthropogenem Kohlendioxid senkt den pH-Wert des Ozeans und die Karbonatsättigung, mit Folgen für kalkbildende Organismen.
Mechanisms
Die aquatische Chemie ist um Mastervariablen herum organisiert: den pH-Wert, der durch das Karbonat- und andere Säure-Basen-Systeme festgelegt wird, den pE- oder Redoxpotenzial, der durch die Verfügbarkeit von Elektronendonatoren und -akzeptoren bestimmt wird, und die Ligandenkonzentrationen, die die Metallspeziation steuern. Diese interagieren mit der Mineralauflösung und -fällung sowie mit der biologischen Aufnahme und Respiration.
Clinical relevance
Die aquatische Chemie ist die Grundlage für die Trinkwasseraufbereitung, die Bewertung der Metall- und Nährstoffverschmutzung und Vorhersagen, wie Ökosysteme auf Versauerung und Eutrophierung reagieren.
History
Die aquatische Chemie wurde ab den 1960er Jahren von Stumm und Morgan als quantitative, gleichgewichtsbasierte Disziplin konsolidiert, aufbauend auf Sillen's Anwendung chemischer Gleichgewichte auf Meerwasser.
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- hoeghguldberg2007
Frequently asked questions
- Warum wird der pH-Wert in der aquatischen Chemie als Mastervariable bezeichnet?
- Weil er so viele andere Gleichgewichte gleichzeitig steuert, einschließlich der Minerallöslichkeit, der Metallspeziation und der Verteilung von Karbonatspezies.