เคมีของน้ำ
เคมีของน้ำเป็นการศึกษาภาวะสมดุลทางเคมีและอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่กำหนดองค์ประกอบของน้ำธรรมชาติ ตั้งแต่แม่น้ำและทะเลสาบไปจนถึงมหาสมุทรและน้ำบาดาล
Definition
สาขาหนึ่งของเคมีสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบทางเคมี ภาวะสมดุล และจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาในน้ำธรรมชาติ
Scope
สาขาวิชานี้ครอบคลุมถึงสมดุลกรด-เบสและคาร์บอเนต สภาวะออกซิเดชัน-รีดักชัน การจำแนกชนิดและการเกิดสารเชิงซ้อนของโลหะ และเคมีของสารอาหารที่ควบคุมผลผลิตทางชีวภาพ โดยพิจารณาน้ำเป็นตัวกลางที่เกิดปฏิกิริยาซึ่งก๊าซที่ละลายอยู่ แร่ธาตุ สารอินทรีย์ และสิ่งมีชีวิตมีปฏิสัมพันธ์กัน และให้กรอบการทำงานของสมดุลและจลนพลศาสตร์ที่ใช้ในวิทยาศาสตร์คุณภาพน้ำและระบบนิเวศทางน้ำ
Sub-topics
Core questions
- อะไรเป็นตัวควบคุม pH และความสามารถในการบัฟเฟอร์ของน้ำธรรมชาติ?
- สภาวะรีดอกซ์มีโครงสร้างเคมีของน้ำอย่างไร?
- โลหะและสารอาหารอยู่ในรูปเคมีใดในน้ำ?
- เคมีของมหาสมุทรตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศอย่างไร?
Key theories
- แบบจำลองสมดุลทางเคมีของน้ำธรรมชาติ
- องค์ประกอบของน้ำธรรมชาติสามารถเข้าใจได้ผ่านสมดุลกรด-เบส การละลาย รีดอกซ์ และการเกิดสารเชิงซ้อนที่เชื่อมโยงกัน โดยเสริมด้วยจลนพลศาสตร์ในกรณีที่ปฏิกิริยาช้า ซึ่งเป็นกรอบเชิงปริมาณสำหรับการทำนายการจำแนกชนิด
- การบัฟเฟอร์ของคาร์บอเนตและการเป็นกรดของมหาสมุทร
- ระบบคาร์บอเนตทำหน้าที่บัฟเฟอร์น้ำธรรมชาติและน้ำทะเล การดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ทำให้ pH ของมหาสมุทรลดลงและความอิ่มตัวของคาร์บอเนตลดลง ซึ่งส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตที่สร้างเปลือกหอย
Mechanisms
เคมีของน้ำจัดระเบียบโดยตัวแปรหลัก ได้แก่ pH ที่กำหนดโดยระบบคาร์บอเนตและระบบกรด-เบสอื่น ๆ, pE หรือศักย์รีดอกซ์ที่กำหนดโดยความพร้อมของตัวให้และตัวรับอิเล็กตรอน และความเข้มข้นของลิแกนด์ที่ควบคุมการจำแนกชนิดของโลหะ สิ่งเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับการละลายและการตกตะกอนของแร่ธาตุ และกับการดูดซึมและการหายใจของสิ่งมีชีวิต
Clinical relevance
เคมีของน้ำเป็นพื้นฐานของการบำบัดน้ำดื่ม การประเมินมลพิษจากโลหะและสารอาหาร และการคาดการณ์ว่าระบบนิเวศจะตอบสนองต่อการเป็นกรดและภาวะยูโทรฟิเคชันอย่างไร
History
เคมีของน้ำได้รับการรวบรวมให้เป็นสาขาวิชาเชิงปริมาณที่อิงสมดุลโดย Stumm และ Morgan ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เป็นต้นมา โดยต่อยอดจากการประยุกต์ใช้สมดุลทางเคมีกับน้ำทะเลของ Sillen
Key figures
- Werner Stumm
- James J. Morgan
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- stumm1996
- hoeghguldberg2007
Frequently asked questions
- ทำไม pH จึงถูกเรียกว่าตัวแปรหลักในเคมีของน้ำ?
- เนื่องจาก pH ควบคุมสมดุลอื่น ๆ อีกมากมายพร้อมกัน รวมถึงการละลายของแร่ธาตุ การจำแนกชนิดของโลหะ และการกระจายตัวของชนิดคาร์บอเนต