Химия водных сред
Химия водных сред изучает химические равновесия и скорости реакций, которые определяют состав природных вод, от рек и озер до океанов и грунтовых вод.
Definition
Раздел химии окружающей среды, занимающийся химическим составом, равновесиями и кинетикой реакций природных вод.
Scope
Эта область охватывает кислотно-основные и карбонатные равновесия, окислительно-восстановительные условия, распределение по формам и комплексообразование металлов, а также химию питательных веществ, которая регулирует продуктивность. Она рассматривает воду как реактивную среду, где взаимодействуют растворенные газы, минералы, органические вещества и биота, и предоставляет равновесную и кинетическую основу, используемую в науках о качестве воды и водных экосистемах.
Sub-topics
Core questions
- Что контролирует pH и буферную емкость природных вод?
- Как окислительно-восстановительные условия структурируют химию водных сред?
- В каких химических формах металлы и питательные вещества присутствуют в воде?
- Как химия океана реагирует на повышение атмосферного углекислого газа?
Key theories
- Модель химического равновесия природных вод
- Состав природных вод может быть понят через сопряженные кислотно-основные, растворимостные, окислительно-восстановительные и комплексообразующие равновесия, дополненные кинетикой, где реакции протекают медленно, что обеспечивает количественную основу для прогнозирования распределения по формам.
- Карбонатная буферизация и закисление океана
- Карбонатная система буферизует природные воды и морскую воду; поглощение антропогенного углекислого газа снижает pH океана и насыщение карбонатами, что имеет последствия для кальцифицирующих организмов.
Mechanisms
Химия водных сред организована вокруг основных переменных: pH, устанавливаемого карбонатной и другими кислотно-основными системами; pE или окислительно-восстановительного потенциала, устанавливаемого доступностью доноров и акцепторов электронов; и концентраций лигандов, которые контролируют распределение металлов по формам. Эти переменные взаимодействуют с растворением и осаждением минералов, а также с биологическим поглощением и дыханием.
Clinical relevance
Химия водных сред лежит в основе очистки питьевой воды, оценки загрязнения металлами и питательными веществами, а также прогнозирования реакции экосистем на закисление и эвтрофикацию.
History
Химия водных сред была консолидирована как количественная, основанная на равновесии дисциплина Штуммом и Морганом с 1960-х годов, опираясь на применение Силленом химических равновесий к морской воде.
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- hoeghguldberg2007
Frequently asked questions
- Почему pH называют основной переменной в химии водных сред?
- Потому что он контролирует множество других равновесий одновременно, включая растворимость минералов, распределение металлов по формам и распределение карбонатных частиц.