Карбонатная система и щелочность

Карбонатная система является доминирующей кислотно-основной буферной системой природных вод, связывающей растворенный диоксид углерода, бикарбонат и карбонат с pH и щелочностью.

Definition

Сопряженные равновесия растворенных неорганических видов углерода, которые буферизуют pH природных вод, вместе со щелочностью как мерой кислотонейтрализующей способности.

Scope

Эта тема охватывает равновесия между диоксидом углерода, угольной кислотой, бикарбонатными и карбонатными ионами, определение и измерение щелочности, буферизацию природных и морских вод, а также реакцию системы на добавление кислоты, основания или диоксида углерода.

Core questions

• Как распределяются карбонатные виды в зависимости от pH?
• Что измеряет щелочность и как она сохраняется?
• Почему добавление диоксида углерода снижает pH воды?
• Как карбонатная система контролирует насыщение карбонатными минералами?

Key theories

Карбонатное равновесие и сохранение щелочности

Растворенный неорганический углерод распределяется между CO2, бикарбонатом и карбонатом в соответствии с pH-зависимыми равновесиями, в то время как щелочность, способность принимать протоны, сохраняется при обмене диоксидом углерода и обеспечивает буферизацию природных вод.

Mechanisms

Диоксид углерода растворяется и гидратируется до угольной кислоты, которая диссоциирует в два этапа. Относительное содержание бикарбоната и карбоната изменяется с pH, в то время как щелочность остается постоянной при добавлении или удалении диоксида углерода, поэтому поглощение диоксида углерода снижает pH и концентрацию карбонат-ионов без изменения щелочности.

Clinical relevance

Карбонатная система определяет буферную емкость, используемую в водоподготовке, и насыщение карбонатами, которое контролирует растворение карбоната кальция; ее нарушение антропогенным диоксидом углерода приводит к закислению океана.

History

Количественное описание карбонатной системы в природных водах было разработано в течение 20-го века в рамках физической химии и океанографии и кодифицировано в текстах по водной химии.

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

Почему щелочность остается постоянной при добавлении диоксида углерода?

Добавление диоксида углерода изменяет распределение видов углерода и снижает pH, но не добавляет чистого заряда акцептора протонов, поэтому общая щелочность сохраняется.