ระบบคาร์บอเนตและสภาพด่าง

ระบบคาร์บอเนตเป็นระบบบัฟเฟอร์กรด-เบสที่สำคัญในน้ำธรรมชาติ ซึ่งเชื่อมโยงคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำ ไบคาร์บอเนต และคาร์บอเนตเข้ากับค่า pH และสภาพด่าง

Definition

สมดุลที่เชื่อมโยงกันของชนิดคาร์บอนอนินทรีย์ที่ละลายน้ำซึ่งทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ค่า pH ของน้ำธรรมชาติ พร้อมด้วยสภาพด่างซึ่งเป็นมาตรวัดความสามารถในการสะเทินกรด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมสมดุลระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์ กรดคาร์บอนิก ไบคาร์บอเนต และไอออนคาร์บอเนต คำจำกัดความและการวัดสภาพด่าง การเป็นบัฟเฟอร์ของน้ำธรรมชาติและน้ำทะเล และการตอบสนองของระบบต่อการเติมกรด เบส หรือคาร์บอนไดออกไซด์

Core questions

• ชนิดของคาร์บอเนตมีการกระจายตัวอย่างไรเมื่อเป็นฟังก์ชันของค่า pH?
• สภาพด่างวัดอะไรและคงสภาพไว้ได้อย่างไร?
• ทำไมการเติมคาร์บอนไดออกไซด์จึงทำให้ค่า pH ของน้ำลดลง?
• ระบบคาร์บอเนตควบคุมความอิ่มตัวของแร่คาร์บอเนตได้อย่างไร?

Key theories

สมดุลคาร์บอเนตและการอนุรักษ์สภาพด่าง

คาร์บอนอนินทรีย์ที่ละลายน้ำจะแบ่งตัวระหว่าง CO2, ไบคาร์บอเนต และคาร์บอเนตตามสมดุลที่ขึ้นกับค่า pH ในขณะที่สภาพด่าง ซึ่งเป็นความสามารถในการรับโปรตอน จะยังคงอยู่ภายใต้การแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และให้การเป็นบัฟเฟอร์ของน้ำธรรมชาติ

Mechanisms

คาร์บอนไดออกไซด์ละลายและรวมตัวกับน้ำกลายเป็นกรดคาร์บอนิก ซึ่งจะแตกตัวเป็นไอออนสองขั้นตอน ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของไบคาร์บอเนตและคาร์บอเนตจะเปลี่ยนแปลงไปตามค่า pH ในขณะที่สภาพด่างยังคงที่เมื่อมีการเพิ่มหรือกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จึงทำให้ค่า pH และความเข้มข้นของไอออนคาร์บอเนตลดลงโดยไม่เปลี่ยนแปลงสภาพด่าง

Clinical relevance

ระบบคาร์บอเนตเป็นตัวกำหนดความสามารถในการเป็นบัฟเฟอร์ที่ใช้ในการบำบัดน้ำ และความอิ่มตัวของคาร์บอเนตที่ควบคุมการละลายของแคลเซียมคาร์บอเนต การรบกวนระบบนี้โดยคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์เป็นสาเหตุของการเกิดภาวะกรดในมหาสมุทร

History

การศึกษาเชิงปริมาณของระบบคาร์บอเนตในน้ำธรรมชาติได้รับการพัฒนาผ่านเคมีฟิสิกส์และสมุทรศาสตร์ในศตวรรษที่ 20 และได้รับการประมวลผลในตำราเคมีทางน้ำ

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

ทำไมสภาพด่างจึงคงที่เมื่อเติมคาร์บอนไดออกไซด์?

การเติมคาร์บอนไดออกไซด์จะเปลี่ยนการกระจายตัวของชนิดคาร์บอนและลดค่า pH แต่ไม่ได้เพิ่มประจุตัวรับโปรตอนสุทธิ ดังนั้นสภาพด่างรวมจึงยังคงอยู่