炭酸系とアルカリ度

炭酸系は、天然水の主要な酸塩基緩衝系であり、溶存二酸化炭素、重炭酸塩、炭酸塩をpHとアルカリ度と結びつけています。

Definition

天然水のpHを緩衝する溶存無機炭素種の結合した平衡と、酸中和能力の尺度としてのアルカリ度。

Scope

このトピックでは、二酸化炭素、炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン間の平衡、アルカリ度の定義と測定、天然水および海水における緩衝作用、ならびに酸、塩基、または二酸化炭素の添加に対する系の応答について扱います。

Core questions

• 炭酸種はpHの関数としてどのように分布していますか？
• アルカリ度は何を測定し、どのように保存されますか？
• 二酸化炭素を加えると水のpHが下がるのはなぜですか？
• 炭酸系は炭酸塩鉱物の飽和度をどのように制御していますか？

Key theories

炭酸平衡とアルカリ度保存

溶存無機炭素は、pH依存の平衡に従ってCO2、重炭酸塩、炭酸塩に分配され、プロトン受容能力であるアルカリ度は、二酸化炭素の交換下で保存され、天然水の緩衝作用を提供します。

Mechanisms

二酸化炭素は溶解して炭酸に水和し、炭酸は2段階で解離します。重炭酸塩と炭酸塩の相対的な存在量はpHによって変化しますが、アルカリ度は二酸化炭素が添加または除去されても一定に保たれます。これが、二酸化炭素の取り込みがアルカリ度を変化させることなくpHと炭酸イオン濃度を低下させる理由です。

Clinical relevance

炭酸系は、水処理に用いられる緩衝能力と、炭酸カルシウムの溶解を制御する炭酸飽和度を決定します。人為的な二酸化炭素によるその擾乱は、海洋酸性化を引き起こします。

History

天然水における炭酸系の定量的扱いは、20世紀の物理化学と海洋学を通じて発展し、水化学の教科書で体系化されました。

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

二酸化炭素を加えてもアルカリ度が一定に保たれるのはなぜですか？

二酸化炭素を加えると、炭素種の分布が変化し、pHが低下しますが、正味のプロトン受容電荷は加わらないため、総アルカリ度は保存されます。